科學新發現！為什么鼠類的猖獗具有明顯的季節性規律？_天天視訊

出品：科普中國

(資料圖)

作者: 冰冰棒（中國科學院動物研究所）

一年四季變化多端，春天氣溫回暖，夏天酷暑炎熱，秋天氣溫轉涼，冬天寒冷刺骨。我們之所以能夠體會這四時之景的不同，是因為地球的自轉和公轉導致了光照、降水、溫度等的年度變化，產生了這分明的四季。

（圖片來源：Veer圖庫）

“春天來了，萬物復蘇，又到了動物交配的季節……”

這是常常出現在《動物世界》里的一句話。隨著天氣逐漸變暖，好像萬物都開始恢復了生機。為什么不同季節，動物們的活動有所不同呢？

為了適應不同季節環境的變化，生活在溫帶和寒帶的哺乳動物在長期的進化過程中逐漸形成了一系列與外界環境變化同步的季節性生理特點，及時地感知與預測環境變化并對其做出適當的響應，迎合生存資源豐富與匱乏的周期性交替。

其中繁殖行為作為一個高耗能的生理行為，自然也是被限制在每年的特定時段，這也就產生了小型動物中典型的季節性繁殖現象。

而光周期又是各種環境因子當中隨周期性變化最為穩定的一個環境因子,因此也成為了動物預測環境變化的最主要依據。也就是說動物能夠通過感知外界明暗的長短來感知季節的變化,從而在合適的季節調節身體狀態到一個適合進行繁殖的狀態。

（圖片來源：Veer圖庫）

春夏季繁殖的田鼠

不知道你有沒有發現，一些小動物總是喜歡在溫暖的季節出動，其實相對溫暖的時期，也許正巧是它們的繁殖期。

以分布于內蒙古草原的布氏田鼠為例，作為一個典型的野生鼠種，它的繁殖期在日長逐漸變長的春夏季（3—9月份）開始, 到秋冬季節的時候結束，這種一年當中只在特定季節進行繁殖的特點就叫做季節性繁殖。那么這種季節性繁殖是怎樣被光周期調控的呢？

中國科學院動物研究所的張知彬研究員團隊近日發現，腸道微生物在布氏田鼠的季節性繁殖中起著至關重要的作用。

其發表在微生物學期刊《Microbiome》上的一篇題為“Gut microbiota is associated with the effect of photoperiod on seasonal breeding in male Brandt’s voles (Lasiopodomys brandtii)”的文章表明，光周期能夠通過影響田鼠腸道中微生物菌群（腸道微生物是指在動物的腸道中存在的數量龐大的微生物,這群微生物在動物的腸道中生活,同時幫助寄主動物完成多種生理生化功能）的種類，作用在HPG軸-褪黑素-Kisspeptin/GPR54這一系統，從而完成對布氏田鼠季節性繁殖的調控。

（圖片來源：Veer圖庫）

團隊通過在室內人為的操縱光周期長短，測定了在不同光周期下，布氏田鼠的身體狀態特征。

結果表明，暴露在短光周期下的布氏田鼠不僅體重增長變緩，其性腺（睪丸和附睪）的重量也會顯著降低、與繁殖有關的激素（如促卵泡激素、促黃體生成素和睪酮）水平和有關基因（如Dio2、Rfrp-3，Kiss-1和GPR54）的表達水平也都顯著降低，這些都可以看做是繁殖能力下降的一種表現。

這些數據表明了布氏田鼠在長光周期下的繁殖能力要優于短光周期下生活的田鼠，這也解釋了為什么在3—9月份這一較長光周期的時間段內，田鼠的繁殖行為最多。

不同季節光周期的影響

從上面的研究，我們知道了光周期會影響到體內的微生物類群。那具體微生物類群是怎么受影響的呢？

研究團隊測定了不同光周期下田鼠的腸道微生物的組成成分與結構，結果發現光周期確實是決定了田鼠在腸道中的微生物類群。

科研人員發現，生活在短光周期下的田鼠與生活在長光周期下的田鼠在腸道微生物成分上表現出顯著差異，并且將長、短光周期生活的布氏田鼠的糞便進行移植后，發現原本在短光周期下生活的田鼠在接受了在長光周期中生活的田鼠的糞便移植后，其體內3個與繁殖相關的激素（褪黑激素、促卵泡激素和促黃體生成素）水平和3個與繁殖相關的基因（下丘腦Kiss-1、睪丸Dio3和Dio2/Dio3比值）水平都變得和長光周期下生活的田鼠的相關水平一致。

這就證明了光周期確實會影響腸道微生物的構成，而腸道微生物的構成又進一步影響了動物的繁殖能力。腸道微生物的變化，影響到不僅僅是動物的繁殖能力。此外，上述這種腸道微生物的移植也改變了布氏田鼠的活動節律，接受了長光周期生活的田鼠的微生物移植后，原本在短光周期下生活的田鼠的活動節律變得和長光周期下生活的田鼠一致。這說明腸道微生物除了會影響動物的繁殖性能，還會影響動物的活動節律。

（圖片來源：Veer圖庫）

通過以上幾個實驗，科研人員們幾乎可以確定，外界環境中的光周期能夠顯著影響動物的腸道微生物類群，而腸道微生物類群的這種改變又通過作用于HPG軸—褪黑激素—下丘腦中Kisspeptin/GPR54的系統來決定了動物體內的繁殖性能，最終形成了繁殖性能與光周期密切相關的這么一個現象。

季節性變化研究的啟示

研究不同季節光周期的變化，不僅給我們解釋了為什么鼠類的繁殖會具有明顯的季節性特點，還在害蟲防治、家畜育種和人類健康管理方面都給出了重要的理論性指導。

例如，經過特定的短光周期暴露后的腸道微生物群能夠使宿主更容易進入睡眠，這對改善一些入睡困難患者的睡眠問題或者經常旅行出差的人的時差問題都會有很大的益處。

此外林業或農業部門可以利用經過特定短光周期暴露的微生物群來減緩有害嚙齒類動物的繁殖，避免害蟲害鼠出現過大的種群數量，從而達到控制鼠害的目的。

另外，許多農場里家畜的繁殖性能也在很大程度上受到光周期的影響(如馬和驢更喜歡在長光周期下進行繁殖，而羊和駱駝更喜歡在短光周期下進行繁殖)。因此，養殖戶們也可以使用特定光周期暴露后的微生物群來調控家畜的繁殖，收獲到更大的經濟效益。

標簽： 布氏田鼠 活動節律 環境因子