出品：科普中國

(資料圖)

作者: 冰冰棒（中國科學(xué)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(zhuǎn)涼，冬天寒冷刺骨。我們之所以能夠體會這四時(shí)之景的不同，是因?yàn)榈厍虻淖赞D(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)導(dǎo)致了光照、降水、溫度等的年度變化，產(chǎn)生了這分明的四季。

（圖片來源：Veer圖庫）

“春天來了，萬物復(fù)蘇，又到了動物交配的季節(jié)……”

這是常常出現(xiàn)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(fù)了生機(jī)。為什么不同季節(jié)，動物們的活動有所不同呢？

為了適應(yīng)不同季節(jié)環(huán)境的變化，生活在溫帶和寒帶的哺乳動物在長期的進(jìn)化過程中逐漸形成了一系列與外界環(huán)境變化同步的季節(jié)性生理特點(diǎn)，及時(shí)地感知與預(yù)測環(huán)境變化并對其做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，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(gè)高耗能的生理行為，自然也是被限制在每年的特定時(shí)段，這也就產(chǎn)生了小型動物中典型的季節(jié)性繁殖現(xiàn)象。

而光周期又是各種環(huán)境因子當(dāng)中隨周期性變化最為穩(wěn)定的一個(gè)環(huán)境因子,因此也成為了動物預(yù)測環(huán)境變化的最主要依據(jù)。也就是說動物能夠通過感知外界明暗的長短來感知季節(jié)的變化,從而在合適的季節(jié)調(diào)節(jié)身體狀態(tài)到一個(gè)適合進(jìn)行繁殖的狀態(tài)。

（圖片來源：Veer圖庫）

春夏季繁殖的田鼠

不知道你有沒有發(fā)現(xiàn)，一些小動物總是喜歡在溫暖的季節(jié)出動，其實(shí)相對溫暖的時(shí)期，也許正巧是它們的繁殖期。

以分布于內(nèi)蒙古草原的布氏田鼠為例，作為一個(gè)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(jié)的時(shí)候結(jié)束，這種一年當(dāng)中只在特定季節(jié)進(jìn)行繁殖的特點(diǎn)就叫做季節(jié)性繁殖。那么這種季節(jié)性繁殖是怎樣被光周期調(diào)控的呢？

中國科學(xué)院動物研究所的張知彬研究員團(tuán)隊(duì)近日發(fā)現(xiàn)，腸道微生物在布氏田鼠的季節(jié)性繁殖中起著至關(guān)重要的作用。

其發(fā)表在微生物學(xué)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(shù)量龐大的微生物,這群微生物在動物的腸道中生活,同時(shí)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(tǒng)，從而完成對布氏田鼠季節(jié)性繁殖的調(diào)控。

（圖片來源：Veer圖庫）

團(tuán)隊(duì)通過在室內(nèi)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(tài)特征。

結(jié)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(guān)的激素（如促卵泡激素、促黃體生成素和睪酮）水平和有關(guān)基因（如Dio2、Rfrp-3，Kiss-1和GPR54）的表達(dá)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(xiàn)。

這些數(shù)據(jù)表明了布氏田鼠在長光周期下的繁殖能力要優(yōu)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(shí)間段內(nèi)，田鼠的繁殖行為最多。

不同季節(jié)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(nèi)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(tuán)隊(duì)測定了不同光周期下田鼠的腸道微生物的組成成分與結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)光周期確實(shí)是決定了田鼠在腸道中的微生物類群。

科研人員發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)出顯著差異，并且將長、短光周期生活的布氏田鼠的糞便進(jìn)行移植后，發(fā)現(xiàn)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(nèi)3個(gè)與繁殖相關(guān)的激素（褪黑激素、促卵泡激素和促黃體生成素）水平和3個(gè)與繁殖相關(guān)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(guān)水平一致。

這就證明了光周期確實(shí)會影響腸道微生物的構(gòu)成，而腸道微生物的構(gòu)成又進(jìn)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(jié)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(jié)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(jié)律。

（圖片來源：Veer圖庫）

通過以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，科研人員們幾乎可以確定，外界環(huán)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(tǒng)來決定了動物體內(nèi)的繁殖性能，最終形成了繁殖性能與光周期密切相關(guān)的這么一個(gè)現(xiàn)象。

季節(jié)性變化研究的啟示

研究不同季節(jié)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(jié)性特點(diǎn)，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(dǎo)。

例如，經(jīng)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(jìn)入睡眠，這對改善一些入睡困難患者的睡眠問題或者經(jīng)常旅行出差的人的時(shí)差問題都會有很大的益處。

此外林業(yè)或農(nóng)業(yè)部門可以利用經(jīng)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(xiàn)過大的種群數(shù)量，從而達(dá)到控制鼠害的目的。

另外，許多農(nóng)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(jìn)行繁殖，而羊和駱駝更喜歡在短光周期下進(jìn)行繁殖)。因此，養(yǎng)殖戶們也可以使用特定光周期暴露后的微生物群來調(diào)控家畜的繁殖，收獲到更大的經(jīng)濟(jì)效益。

標(biāo)簽： 布氏田鼠 活動節(jié)律 環(huán)境因子