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高原鼠兔靠取食牦牛粪便过冬? 精选

已有 5071 次阅读 2021-7-23 10:57 |个人分类:科普随笔|系统分类:论文交流

高原鼠兔靠取食牦牛粪便度过严冬?

王德华

 

青藏高原气候严酷,低氧寒冷,冬季环境温度经常下降到零下30oC以下,动物生活在这样严酷环境中其生存面临严峻的生理学挑战。这里依然是许多神秘动物的家园,兔形目鼠兔科的高原鼠兔(Ochotona curzoniae)就是其中的一员。高原鼠兔不冬眠,这些严冬里依然活跃的小型哺乳动物如何成功越冬仍是没有解开的谜团。

我们研究组(中国科学院动物研究所动物生理生态学研究组)与中国科学院西北高原生物研究所张堰铭研究员研究组和遗传与发育生物学研究所John Speakman 研究员研究组,历时13年的合作研究,揭示了高原鼠兔成功越冬的奥秘。这项研究于近日以Surviving winter on the Qinghai-Tibetan Plateau: pikas suppress energy demands and exploit yak feces to survive winter为题在线发表在《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上(DOI:10.1073/pnas.2100707118)。

我们采用双标记水(Doubly-labelled waterDLW) 技术对青藏高原(海拔3400米和4000米两个地区)自由生活的高原鼠兔冬季和夏季的每日能量消耗(Daily energy expenditure, DEE)进行了测定,结果显示虽然冬季的平均环境温度比夏季低25oC,但高原鼠兔在冬季的每日能量消耗比夏季降低了约30%。在热中性区内测定的高原鼠兔的静止代谢率(resting metabolic rate at thermoneutrality, RMRt)结果表明,发现冬季高原鼠兔代谢范围(metabolic scope)非常低(DEE/RMRt =1.60,夏季是1.98),代谢范围对于动物的地理分布边界、繁殖输出和生存能力等具有重要的决定作用。为了找出冬季鼠兔能量消耗降低的原因,我们通过在鼠兔腹腔内埋置体温记录装置监测体温变化,在野外对其地面活动进行录像,分析获得的数据表明冬季高原鼠兔能量消耗降低主要是通过降低本身的代谢水平和体温,以及减少活动量等来实现的,而且环境温度越低体温下降的幅度越大。血清甲状腺素(T3T4)的测定结果也表明,高原鼠兔冬季代谢水平下降可能通过甲状腺素系统进行调节。通过比较高密度和低密度家养牦牛(Bos grunniens)地区的高原鼠兔的行为(3500米和3900米两个地区),我们还发现一个现象,在牦牛密度高的地区,冬季高原鼠兔在地面的活动时间会减少。通过直接观察鼠兔的摄食行为,发现鼠兔竟然有取食牦牛粪便的行为。进一步分析发现,在鼠兔的胃内容物中发现了牦牛的DNA,这就确定了高原鼠兔取食牦牛粪便的事实。通过分析鼠兔和牦牛的肠道微生物组成,发现冬季牦牛和鼠兔肠道微生物组成的趋同程度很高。综合这些结果,在严寒的冬季高原鼠兔除了摄入常规的食物之外,还通过取食牦牛的粪便这种容易获得又容易消化的能量资源以补充自身能量的不足。这种不同物种间的食粪行为,使高原鼠兔种群在牦牛密度高的地方能够更加繁盛,这部分解释了为什么高原鼠兔在其食物的直接竞争者(牦牛)数量多的地方反而种群密度更高的原因。本项研究为探索青藏高原物种间的互惠共生、鼠害生态治理,以及生物多样性维持等,提供了一个不错的范式。

这项研究历时13年,参加人员多。多位研究生参与了这项工作,奔赴青藏高原收集数据。本项研究最早是从2007年我们申请的国家自然科学基金委与英国皇家学会一个仅有9万元的小合作项目(青藏高原自由生活小型哺乳动物的最大能量消耗,NSFC-RS 30711130224,执行时间2007.4-2009.4)开始的,根据研究进展,不断补充新的内容和新的设计,如分析鼠兔胃内容物中牦牛的DNA、鼠兔和牦牛的肠道菌群结构组成等,最后通过综合对高原鼠兔的越冬策略有了新的理解。

 

文章信息:

John R. Speakmana,d,j,k,1,2, Qingsheng Chib,l,1, Łukasz Ołdakowskia,e,1, Haibo Fuc,f,g,1, Quinn E. Fletchera,h,1,Catherine Hamblyd, Jacques Togoa, Xinyu Liua,b,n, Stuart B. Piertneyd, Xinghao Wanga,f, Liangzhi Zhangc,g,Paula Redmand, Lu Wanga,f, Gangbin Tangb, Yongguo Lib, Jianguo Cuib,i, Peter J. Thomsond, Zengli Wangc,f,Paula Gloverd, Olivia C. Robertsond, Yanming Zhangc,g,2, and Dehua Wangb,f,m,2  2021 Surviving winter on the Qinghai-Tibetan Plateau: pikas suppress energy demands and exploit yak feces to survive winter. Proceedings of the National Academy of Sciences.  https://doi.org/10.1073/pnas.2100707118

 

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    高原鼠兔(Ochotona curzoniae)(兔形目、鼠兔科、鼠兔属)(迟庆生 拍摄)

 

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高原鼠兔在取食牦牛的粪便 Ł. Ołdakowski 拍摄)





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