基于体温与活动监测的啮齿动物生活史研究方法——以欧洲仓鼠繁殖物候、窝仔数与个体死亡监测为例

《Wildlife Biology》：Monitoring rodents' life history by body temperature and activity

　　

摘要专业翻译 欧洲仓鼠（European hamster, Cricetus cricetus）种群在其整个分布区内正迅速衰退。推测的原因之一是其繁殖输出自20世纪20年代以来持续大幅下降约77%。然而，造成这一衰退的原因尚不明确。为查明繁殖率下降的成因，需要获得关于繁殖物候（reproductive phenology）与窝仔数（litter-size）的精确信息。本研究表明，对欧洲仓鼠雌性个体的体温（body temperature, Tb）与活动（activity）的记录能够提供关于繁殖物候以及个体健康与死亡的准确信息。与非妊娠雌性相比，妊娠期和哺乳期雌性的体温图（thermograms）与活动图（actograms）均清晰显示出无节律（arrhythmic）模式。分娩（parturition）以显著的体温过低（hypothermia）为标志，且体温下降阶段的持续时间与窝仔数相关。因此，窝次的时间与数量以及窝仔数均可通过Tb记录精确确定。此外，分娩后雌性仅在幼崽分离后才恢复节律性的活动与Tb模式，无论分离发生在出生后第几天，这使研究人员能够判断是否至少有1只幼崽被抚养至独立。在一项先导研究中，研究人员记录了荷兰一个定期通过人工繁育个体补充的野生欧洲仓鼠种群的雌性Tb数据。这些数据支持以下假说：欧洲仓鼠目前的繁殖发生得过少且过晚，不足以维持种群稳定。活动与体温记录的一个有益附带效应是，它们能够确定佩戴发射器个体的确切死亡日期与时间，从而推断死亡原因。除传感器植入外，Tb监测是一种研究小型哺乳动物生活史的非侵入性方法。对小型哺乳动物繁殖的监测可能是理解全球物种大规模衰退的有力工具。

论文解读

一、研究背景与研究目的

欧洲仓鼠（Cricetus cricetus）主要栖息于欧亚大陆45°N–60°N、5°E–95°E范围内的农业田地与城市区域。作为一种高度季节性的物种，其在秋冬季节冬眠，繁殖期通常为4月中旬至8月中旬，至9月底可养育1–2窝、偶尔3窝甚至更多窝幼崽。历史上，欧洲仓鼠因对农作物造成巨大损害而被长期作为农业害兽猎杀，并因其毛皮而被捕猎。近几十年来，该物种在整个分布区内急剧衰退，于2020年被列入IUCN红色名录的极危（critically endangered）类别，并受《欧洲栖息地指令》严格保护。然而，即使在已实施保护措施的区域，该物种仍在快速减少，部分地区甚至已局部灭绝。

研究综述显示，欧洲仓鼠的繁殖输出在1914–1935年间与1996–2015年间相比下降了约77%。衰退始于20世纪50年代中期窝仔数的减少，自20世纪80年代中期以来每只雌性的年产窝数也显著降低。考虑到自然捕食导致的幼崽死亡率，1996–2015年间一只雌性实际上平均仅能养育0.5只雌性后代用于次年繁殖，且这一趋势仍在持续恶化。由于野生欧洲仓鼠的寿命已很少超过一岁龄阶段，大多数个体一生中只有一个繁殖期。趋势外推显示该物种可能在2020–2038年间灭绝。

然而，在大范围内损害繁殖的因素仍不清楚。通过直接观察追踪野生雌性欧洲仓鼠的繁殖输出极为耗时且需要大量人力，且繁殖季节植被高大，精确观察非常困难；幼崽只有在离开母穴时才能被计数，因此确切的出生日期和初始窝仔数只能估计。此外，现有的种群监测仅限于每年一至两次的洞穴计数，虽能获得种群趋势，却无法将种群增减归因于具体原因，失踪个体的命运尤其死亡日期始终未知。因此，生物记录（biologging），即连续记录生理参数，可能成为监测繁殖、健康与死亡的有效工具。本研究旨在验证通过体温与活动记录监测欧洲仓鼠雌性繁殖事件、窝仔数、个体健康与死亡的可行性。

二、研究内容与主要结论

本研究分析了来自三个繁育群体的10只圈养雌性欧洲仓鼠的数据，其中8只为荷兰GaiaZOO和鹿特丹动物园保护繁育站的一岁龄雌性，2只为法国斯特拉斯堡奥朗热利动物园的两岁龄雌性。此外，作为先导研究，2016年在荷兰林堡省东南部对21只自由放养的雌性进行了传感器植入，其中9只雌性的记录数据被纳入分析。研究发现，在交配前基线期，雌性呈现稳健的单峰昼夜节律，活动起始和体温升高发生在傍晚。成功交配后或妊娠期间，节律明显减弱甚至变为无节律模式，活动水平下降。分娩日体温显著下降，之后体温升至高于分娩前的水平并维持至产后第13天，随后逐渐回落至基线水平。断奶当日，无论断奶发生在产后第22–33天的哪一天，雌性均立即恢复交配前阶段的节律性活动和体温模式。研究还发现，分娩低体温的下降阶段持续时间与窝仔数之间存在强相关性（R2=0.93），据此可通过回归方程y=5.2323x+1.8033估算窝仔数。野生种群数据显示，9只雌性共产1–3窝幼崽，平均窝仔数为5.4±0.4，平均每只雌性生育11.3±1.4只幼崽，最多可养育10.4±1.7只。然而，若将6只未能活到生育第一窝即死亡的雌性也计入，平均值降至6.3±1.7只，远低于维持种群延续所需的最低12只/雌性的目标值。此外，体温记录还显示该种群的繁殖开始时间显著偏晚，首次交配多发生在5月，首窝出生集中在5月底至6月中旬，且部分雌性窝次间隔较长或过早结束繁殖，提示该种群的繁殖潜力远未得到充分发挥。

三、关键技术与方法

研究人员采用了腹腔植入式生物记录传感器。荷兰圈养与野生个体使用的传感器由Nijmegen一家私营公司手工制作，基于US传感器公司的PS222J2温度传感器（精度±0.2°C，量程?9至+55°C）和ST Microelectronics的L1S2DH三轴加速度计（量程±2g，分辨率4mg），连同VHF发射器封装于Tygon 3603涂层胶囊中，总重6.7g，尺寸24×14mm，以6分钟间隔记录体温和活动数据。法国个体使用iButton（DS1922L，Thermochron）以30分钟间隔记录体温。野生个体于4月中旬至5月中旬捕获后植入传感器，恢复两天后于捕获地点释放，通过遥测每周至少定位一次。数据分析采用actogramJ软件生成体温图和活动图，使用Savitzky-Golay滤波器平滑数据，随后进行连续分段线性回归以确定体温下降起点、最低点和产后最高点三个断点。

四、研究结果

圈养雌性的总体结果：交配前雌性呈现稳健的单峰昼夜节律；交配后或妊娠期间节律减弱或变为无节律，活动水平降低；分娩日体温显著下降，产后体温升至更高水平并维持至产后第13天；断奶当日立即恢复节律性模式，与断奶的产后天数无关。

分娩日——体温：分娩低体温以体温逐渐下降开始、以急剧持续上升结束，下降起点视为分娩开始，产后体温最高点视为分娩结束。分娩低体温的起始时间、最低点和最高点均无特定昼夜时间偏好（Rayleigh检验不支持单峰或双峰方向性）。

假说2检验——窝仔数与体温差值的关系：分娩前基线与最低点之间的体温差值（R2=0.0023）以及最低点与产后最高点之间的体温差值（R2=0.0026）均与窝仔数无相关性。值得注意的是，两只两岁龄雌性的体温下降幅度最大。

假说3检验——窝仔数与体温下降台阶的关系：虽然个别个体的体温下降阶段出现与幼崽数量对应的局部低谷，但不同记录间局部低谷形态差异过大，无法建立适用于所有记录的客观判据，人工计数存在较强主观性，因此该方法不可靠。

假说4检验——窝仔数与分娩低体温持续时间的关系：分娩低体温总持续时间（起点至产后最高点）与窝仔数弱相关（R2=0.60），但下降阶段持续时间（起点至最低点）与窝仔数强相关（R2=0.93），回归方程为y=5.2323x+1.8033，据此可可靠估算窝仔数。

活动：分娩日周围的活动模式个体间差异很大，唯一共同特征是分娩低体温结束时活动水平显著降低，但活动下降与体温下降并不同步。

应用案例——未知分娩日期的雌性：两只分娩日期未知的两岁龄雌性的体温图中分娩低体温清晰可见，与发现幼崽时估算的日龄相符。

自由放养雌性的首批数据：野生雌性的体温记录清晰显示交配、分娩和断奶的特征性变化。所有9只雌性至少产1窝，首次交配多发生在5月，首窝出生在5月底至6月中旬。仅1只雌性在产后发情期交配，其余雌性第二次交配距首窝出生间隔6天至7周不等，仅2只雌性产第三窝。野生种群的平均窝仔数为5.4±0.4，平均每只雌性生育11.3±1.4只幼崽，最多可养育10.4±1.7只；计入6只未能繁殖即死亡的雌性后平均值降至6.3±1.7只。

动物死亡：7只雌性的记录包含死亡事件。5例体温在6分钟内骤降至30°C以下，提示突发死亡，与捕食致死一致；2例在最终体温下降前出现数小时至数天的体温模式紊乱和缓慢下降，提示可能死于受伤、中毒、饥饿或疾病，与尸体上无捕食痕迹相符。

五、讨论与结论

本研究结果证实并扩展了其他哺乳动物中关于妊娠、分娩和哺乳期间体温与活动昼夜节律深刻改变的研究发现。体温变化易于识别，可作为自由放养雌性欧洲仓鼠繁殖时间的简单而精确的标志物；窝仔数可通过分娩低体温下降阶段持续时间估算；这些特征性变化在一岁龄和两岁龄雌性中均存在，可视为欧洲仓鼠的普遍特征。与圈养个体相比，野生个体的活动图在繁殖期间仍受24小时节律主导，但体温图仍是更清晰的繁殖监测标志。

在方法学上，腹腔植入式生物记录器被长期研究证明对欧洲仓鼠耐受良好。皮下植入或颈圈佩戴虽看似侵入性更小，但可能引起疼痛，且颈圈会减少欧洲仓鼠延伸至肩部的颊囊容量，可能造成适应性劣势。对于测量繁殖成功这一目的，这两种替代方案均无法达到所需精度，因为体温记录会受环境温度影响。

在生理学层面，妊娠后期每日平均体温逐渐下降，分娩日出现显著低体温，随后急剧上升至哺乳期高温水平并维持至产后第13天，此后逐渐下降至产后第21天达到基线水平，这与幼崽毛发生长和体温调节能力发育的时间进程相符。断奶当日体温和活动立即恢复节律性，可作为断奶标志。

在物种保护方面，本研究提供了一种研究穴居哺乳动物野生繁殖的新方法。传统方法中，窝仔数只能通过挖开洞穴或幼崽离开母穴时计数来确定，前者高度侵入且不精确，后者无法获得出生时的初始窝仔数。生物记录方法还能更精确地统计窝数，并能通过母体节律恢复时间判断是否有幼崽成功存活至独立。本研究的野生数据显示，林堡省种群的繁殖开始过晚、窝次间隔过长、繁殖结束过早，繁殖潜力远未充分发挥，支持了欧洲仓鼠衰退的主要原因可能是春季繁殖起始过晚、导致重要的早生幼崽缺失这一假说。体温记录还能提供确切的死亡时间，并区分突发死亡（如捕食）与渐进性死亡（如疾病、中毒、饥饿），为保护措施的制定提供重要信息。

研究结论指出，雌性后代数量对种群存续比个体存活率或栖息地质量更为关键，提高繁殖率可能是成功保护欧洲仓鼠的关键。通过体温及较低程度上的活动生物记录，可以深入研究野生雌性欧洲仓鼠的繁殖物候与窝仔数，且6–30分钟的不同采样间隔均适用于检测繁殖事件，为使用多种传感器提供了灵活性。该方法将有助于比较研究繁殖事件与死亡率的物候学，从而理解释放条件、食物可利用性、营养状态、栖息地类型、农业实践、年龄结构、气候变化、光污染、种群密度和遗传背景等因素对繁殖与死亡的影响程度。