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兩棲類能量代謝在遺傳變異與環境適應性研究中的應用
發布時間： 2023-06-14 點擊次數： 1851次
通常我們認為動物的基礎代謝率（BMR）、標準代謝率 (SMR)和靜息代謝率（RMR）等能量代謝參數是相對穩定且可重復的。但是因為代謝率的重復性隨著連續測量之間的間隔的變長而逐漸降低，所以對長壽命的生物種群而言得出這種“可重復性"的結論可能為之尚早。
蠑螈的生命周期通常在十年左右，為了在更大的時間尺度上探究高原蠑螈靜息代謝率的重復性以及其親代與子代之間的遺傳關系，捷克的科研人員利用SSI動物呼吸代謝測量系統對高原蠑螈進行了長達5年的持續跟蹤觀察。
實驗數據表明蠑螈親本和后代RMR之間沒有高度的相似性，反而家庭內部不同后代間的RMR具有一定的相似性，這表明該特征具有廣義遺傳性。幼體短期RMR可重復性評估表明蠑螈幼體RMR受固定因素“體重"的顯著影響，并不受“測量月份"的影響，但是隨著時間的推遲，種群內個體間的差異逐步拉大。而且經過體重校正的RMR多年來保持穩定，這表明生長的能量成本對蠑螈RMR的變化影響很小，因此個體發育的差異才是導致變溫動物種群內RMR高變異的重要因素。考慮到整個觀察試驗過程中需要為高山蠑螈提供“適宜"的生存環境，而自然條件下環境因素的變化更為劇烈，因此自然群體中這種能量代謝的遺傳力會被進一步削弱。總而言之，本研究的結果提供了關于長壽變溫動物——尤其是有尾兩棲動物中，RMR的長期可重復性和遺傳性的信息。與非長壽物種相比，蠑螈的RMR重復性相當低，僅具有一定的廣義RMR遺傳力。
美國University of Miami生物系同樣利用SSI動物呼吸代謝測量系統對兩棲綱、有尾目的娃娃魚幼體進行了跟蹤觀察，并對其呼吸表面積失水(RSAWL)和標準代謝率(SMR)進行能量代謝分析。
對所有物種進行建模時，緯度與呼吸表面積失水率（RSAWL）平均殘差值呈弱正相關，并且不同研究種群之間存在顯著差異。例如，A.annulatum在研究物種中的分布范圍最小，這種有限的分布可能是由于與其他研究物種相比生理耐受性范圍更窄。A.talpoideum中相對較低的RSAWL和較高的標準代謝率（SMR）允許該物種具有更廣泛的地理分布，使其種群可以延伸到大西洋和墨西哥灣沿岸平原的更多干旱生境中。相比之下，A.opacum是一種在陸地上產卵并展示親代卵保護行為的研究物種。鑒于這種昂貴的繁殖策略，與其他娃娃魚種群相比A.opacum具有更有效地保存能量和水的能力。
整個研究中RSAWL在不同物種和種群水平下的差異與SMR中觀察到的差異并不一致，這表明對于娃娃魚這種雙相兩棲動物，不同的生理特征可能處于不同的選擇機制之下。這個研究模型很好地支持了娃娃魚不同物種的幼體之間SMR和RSAWL存在差異，這些差異可能與特定物種的地理分布或生活史相關。
研究中使用的SSI動物呼吸代謝測量系統包括：
1.FOXBOX / FMS呼吸測量儀，可以做到準確的O2、CO2、H2O（FMS實配）等呼吸相關氣體測量，主要氣體測量模塊便攜式集成設計，可滿足野外使用環境；
2.RM-8 & FB-8多通道氣流控制系統，可同時對多個實驗對象進行自動化測量，滿足多實驗對象的高通量、自動化需求；
3.定制化呼吸室，可根據不同實驗對象選擇合適的呼吸室/代謝籠，滿足不同動物的代謝測量；
除此之外，還可以根據具體需求做更多的拓展，比如：
1.選配水體O2監測模塊，針對全水體生存期（部分兩棲動物幼體），使實驗數據更全面；
2.選配動物活動檢測模塊，實時監測實驗動物的活動狀態，使實驗數據更具針對性；
3.選配生理監測（體溫、心率等）模塊，提供更立體的實驗結果等；
1. Ba?kiera, Senka, and Lumír Gvo?dík. "Repeatability and heritability of resting metabolic rate in a long-lived amphibian." Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology 253 (2021): 110858.
2. Messerman, Arianne F., and Manuel Leal. "Inter-and intraspecific variation in juvenile metabolism and water loss among five biphasic amphibian species." Oecologia 194.3 (2020): 371-382.
3. Messerman, Arianne F., and Manuel Leal. "The contributions of individual traits to survival among terrestrial juvenile pond‐breeding salamanders." Functional Ecology 36.3 (2022): 516-525.
北京易科泰生態技術有限公司與美國Sable等國際能量代謝測量技術公司合作，為國內生物醫學、運動醫學、環境醫學研究提供全面能量代謝研究技術方案和能量代謝實驗室方案：
1) 大鼠、小鼠等實驗動物能量代謝測量技術
2) 靈長類能量代謝測量技術
3) 果蠅能量代謝測量技術
4) 斑馬魚能量代謝測量技術
5) 人體能量代謝測量技術
6) 動物活動與生理指標（體溫、心率等）監測技術
7) 測量參數包括：氧氣消耗量（VO2）、二氧化碳產量（VCO2）、呼吸交換速率（RER）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、熱傳導速率（Ct）、日代謝率（DEE）、最大代謝率（MRmax）、呼吸水分喪失（EWL）、能耗效率、EWL/RMR(表示肺的氧氣攝取能力)等。
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