北美熊科动物毛发生长速率定量研究：双标记法揭示季节性与个体差异

《Conservation Physiology》：Hair growth rate estimation in North American ursids

本研究针对熊科动物毛发分析中缺乏定量生长数据的瓶颈问题，开发并验证了毛发染色/漂白和同位素标记甘氨酸双标记法，首次系统测定了北极熊、黑熊和灰熊的守卫毛生长速率（0.10-1.05 mm/day），为野生熊毛发样本的季节性生态解读提供了关键技术支撑。

　　

在野生动物生态学研究领域，熊科动物（Ursidae）的摄食生态与个体健康、种群生产力及分布模式密切相关。由于熊类难以直接观察，研究人员常通过分析毛发等组织样本来获取其饮食信息。毛发作为代谢惰性组织，不仅能反映饮食组成，还能记录应激水平、污染物暴露等生理信息，且可通过非侵入方式获取。然而，毛发分析面临重大挑战——缺乏对换毛时间和毛发生长速率的定量数据，这严重限制了根据毛发长度推断生态事件时间点的准确性。

以往研究多采用剃毛后观察再生等可能影响正常生长的方式，且未能区分守卫毛与底毛的生长差异。北美三种主要熊类（北极熊Ursus maritimus、黑熊Ursus americanus、灰熊Ursus arctos horribilis）面临气候变化引起的食物资源变化，迫切需要建立精确的毛发生长时间轴来解读野生样本的生态信息。为此，研究团队在动物园环境下，利用正强化训练技术，对7只熊（1只北极熊、3只黑熊、3只灰熊）开展了为期5个月的毛发生长监测。

研究采用两种独立方法：视觉标记法（毛发染色/漂白）和生物化学标记法（同位素标记甘氨酸）。前者将染料或漂白剂涂抹于熊的臀部或前腿，通过定期测量标记点与毛根的距离计算生长速率；后者通过喂食¹³C或¹⁵N标记的甘氨酸胶囊，利用同位素比值质谱仪检测毛发分段中的同位素峰值位移。两种方法均通过定期拔取毛发样本（每1-2周一次）进行分析，同时采集血液样本研究同位素掺入时间。

关键方法包括：1）正强化行为训练实现无麻醉采样；2）双标记法交叉验证；3）毛发分段同位素分析（5-10mm分段）；4）血液同位素动力学监测；5）广义线性混合模型统计分析。

方法可行性验证

两种方法均成功实现毛发生长追踪，共采集229份毛发样本。染色/漂白法实施难度较大但成本较低，同位素法需要专业分析设备但减少了人为误差。个体间训练配合度差异是主要实施变量。

同位素掺入动力学

血清中¹⁵N标记在投喂后2天达到峰值（较基线升高24.9‰），毛发中首次检测到标记的时间为4-8天，峰值出现在13-14天。¹³C的富集程度显著低于¹⁵N，可能与碳元素在体内的代谢分配有关。体重较轻的个体显示出更高的同位素富集度，表明体重是影响标记代谢的重要因子。

毛发生长速率精确性

所有标记方法均检测到显著的生长信号（P<0.05）。北极熊2-3月生长速率为0.34-0.45 mm/day，4-6月升至0.53-0.84 mm/day。黑熊6-7月生长最快（0.56-0.80 mm/day），8-10月显著减缓（0.10-0.49 mm/day）。灰熊生长速率在4-5月为0.68±0.23 mm/day，5月达到峰值1.05±0.64 mm/day。两种方法估计的速率无显著差异（P>0.05），仅北极熊2-3月期间染色法估计值略低。

毛发生长时间窗

北极熊毛发生长最早于2月开始，比传统认知的5-8月更早。黑熊个体间生长时间窗差异显著，部分个体生长持续至9月，其他则更早结束。灰熊在4-8月均保持活跃生长，表明种间和个体间存在显著的时间异质性。

研究首次证实双标记法能有效捕捉熊科动物毛发生长的个体差异和季节性变化。建立的生长速率基线（北极熊0.34-0.84 mm/day、黑熊0.10-0.67 mm/day、灰熊0.53-1.05 mm/day）为野生熊毛发样本的生态解读提供了关键参数。特别是发现黑熊毛发生长存在显著季节性，这是以往研究未曾报道的。

该方法的建立使研究人员能够根据毛发长度反推生态事件发生时间，对于研究气候变化下熊类食性转变、应激反应等生态生理过程具有重要意义。未来需要进一步研究年周期内的完整生长模式，以及身体不同区域的毛发生长差异，以提升野生样本生态解读的准确性。