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魏辅文研究组在SCIENCE撰文揭示大熊猫维持异常低能量代谢的机制
  发布日期:2015-07-10  |  来源:科技与条件支撑处    

  魏辅文研究组与北京动物园和阿伯丁大学的学者合作,发现大熊猫每日能量消耗异常的低,几乎与树獭相似;并进一步从形态、行为、生理、遗传和基因组等方面系统揭示了大熊猫维持异常低能量代谢的机制。大熊猫维持异常低水平的能量消耗与其耗能器官(如大脑、肝脏和肾脏)缩小、活动水平降低和甲状腺激素水平低等特征密切相关,而甲状腺激素水平低可能与其基因组上调控甲状腺素合成通路中的一个特异遗传突变相关。因此,通过维持异常低的能量代谢,大熊猫可采食高纤维低营养及低能量的竹子而得以生存繁衍,这可能是在长期演化中大熊猫对其食性特化(专食竹子)的一种适应。   

  大熊猫本身是肉食动物,却以素食著称,野生大熊猫几乎完全以竹子为食。尽管其食性发生了巨大改变,但大熊猫的肠道依然保持着食肉动物的特征。由于竹子营养和能量低且难以消化,因此大熊猫每天不得不进食大量的竹子才能满足其生命活动需要。 

  一直以来,科学家们都怀疑大熊猫的能量代谢率一定非常低,只有这样,才能维持其能量平衡,但一直都没有测定过大熊猫的代谢率。直到最近,中国科学院动物研究所魏辅文研究员所领导的研究团队与北京动物园和阿伯丁大学的学者合作,对野生和圈养大熊猫的能量代谢进行了测定,结果表明,大熊猫的能量代谢率异常低,低到几乎与树獭相似。通常认为人类的代谢率就已经很低,但一只体重90kg的大熊猫的代谢水平还不足同样体重的人类的一半。 

  更为重要的是该研究揭示了大熊猫是如何维持如此之低的能量代谢率的机制。他们发现,大熊猫在长期演化过程中其形态、行为、生理、遗传和基因组均发生了适应性改变。如果你曾去动物园观察过大熊猫,你一定会注意到大熊猫常常是懒洋洋的,不喜欢活动,因此它们可以通过减少活动以节省能量。在野外,研究者通过给野生大熊猫佩戴GPS颈圈,发现野生大熊猫每天有超过一半的时间在休息,平均每小时的移动距离也仅20多米,这样可以节省大量的能量。 

  此外,大熊猫低能量代谢率的秘密还在于其用于调节能量代谢的甲状腺激素水平也相当低。研究者还在大熊猫基因组中发现一个调控甲状腺激素合成的关键基因(DUOX2)发生了突变,这可能与大熊猫较低的甲状腺素水平相关。在人类和小鼠中,该基因突变会导致其甲状腺功能减退。 

  能量代谢率很低带来的挑战是大熊猫如何维持恒定的体温。研究发现,大熊猫的毛皮很厚,能够保持体内热量不易散失,因此其体表温度很低。热成像测定表明,大熊猫的体表温度与同样黑白相间的其它动物如斑马和斑点狗等相比要低得多。 

  该成果于2015年7月10日发表于Science期刊上(DOI:10.1126/science.aab2413)。魏辅文研究组聂永刚助理研究员、吴琦副研究员为论文的共同第一作者,魏辅文研究员为通讯作者。该研究由国家自然科学基金委和中科院资助。  

  参考文献: Nie et al. (2015) Exceptionally low daily energy expenditure in the bamboo eating giant panda. Science, DOI: 10.1126/science.aab2413.(论文链接

大熊猫的热图像(聂永刚摄)

大熊猫的热图像(聂永刚摄)

一只野生大熊猫正在吃竹子(魏辅文摄于佛坪自然保护区)

野生大熊猫(魏辅文摄于佛坪自然保护区)

 

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