能量代謝測量高級技術(shù)方案在爬行動物研究中的應(yīng)用
以色列特拉維夫大學(xué)Shahar Dubiner博士、動物生理生態(tài)學(xué)家Shai Meiri和Eran Levin教授合作于2023年在國際《Journal of Animal Ecology》雜志上發(fā)表《Squamate metabolic rates decrease in winter beyond the effect of temperature》一文,這篇文章的核心內(nèi)容是關(guān)于以色列地區(qū)59種鱗片爬行動物(squamates)在冬季和夏季的代謝率變化的研究。文中的代謝率測量研究采用了開放式實時小蜥蜴呼吸代謝測量裝置,包括如下SSI實驗室模塊式高級配置、FMS便攜式多通道野外配置等,是爬行類動物生理生態(tài)實驗研究榜樣設(shè)施。
研究者測量了156個個體在冬季和/或夏季的標(biāo)準(zhǔn)代謝率(SMR,即在不活動狀態(tài)下的氧氣攝取量),這些個體代表了以色列17個本地家族的59種鱗片爬行動物,以及在兩個季節(jié)都測量了32個物種的同一個體的每小時的靜息代謝率(RMR)。在平均1月的夏季高溫和冬季低溫(20℃和12℃)下,白天和夜間連續(xù)測量氣體交換,并使用系統(tǒng)發(fā)育混合模型來檢驗SMR如何隨季節(jié)、生物群落、體型、溫度和一天中的時間變化。
夏季晝夜物種平均每小時V?CO2從05:00–06:00(日出前不久)開始顯著上升,并且在測量結(jié)束時(12:00)仍然保持高位(FIGURE1)。夜行性和無規(guī)律晝夜性物種在測量過程中的任何時候都沒有表現(xiàn)出升高的代謝率。冬季晝夜物種的平均標(biāo)準(zhǔn)化每小時代謝率從05:00-06:00(日出前不久)上升,并在12:00時仍然保持高位。從09:00-10:00開始,無規(guī)律晝夜性物種的代謝率顯著上升,并且在測量結(jié)束時仍然保持高水平。在01:00-02:00測量的第一個小時內(nèi),夜行性物種的代謝率較高,在10:00-11:00時出現(xiàn)另一個小高峰。
在系統(tǒng)發(fā)育混合模型中,包括所有59個物種在20℃下測量(188個測量值),地中海物種的SMR在兩個季節(jié)都比同等大小的沙漠物種高29.8%(CI:高19.2%–41.3%;z=3.06,p =0.002)。生物群落之間的異速生長斜率沒有差異。異速生長斜率下降(z=6.28,p< 0.001,R2lik=0.94),從夏季的0.846±0.025(n=56)到冬季的0.709±0.022(n=42),但季節(jié)對截距沒有影響(FIGURE2)。
在兩個季節(jié)測量的32個個體(每個個體代表一個物種)中,29個個體的代謝率在冬季相對于夏季,在12℃和20℃下都降低了。冬季20℃質(zhì)量校正SMR平均比夏季SMR低46.6%(95%CI:40.9%–51.7%,n=32,R2lik=0.91,z=?6.17,p<0.001;FIGURE3a)。冬季12℃質(zhì)量校正SMR比夏季SMR低69.6%(CI:63.4%–74.7%,n=32,R2lik=0.81,z=?6.41,p< 0.001; FIGURE3b)。
在兩個季節(jié)(n=32)測量的個體的冬化期間SMR的溫度敏感度(Q10在12℃–20℃時)增加了1.75倍(n=32,R2lik=0.24,p<0.001),從4.4(CI:3.9–5.0)到7.7(CI: 6.8–8.7;FIGURE4)。
該研究結(jié)果挑戰(zhàn)了人們普遍持有的觀點,即鱗狀動物生理學(xué)主要由溫度塑造,內(nèi)在代謝調(diào)節(jié)的作用很小。總的研究表明,季節(jié)性、晝夜性和地理因素可以引發(fā)鱗狀動物物種新陳代謝的顯著變化。
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