兩棲類能量代謝在遺傳變異與環(huán)境適應(yīng)性研究中的應(yīng)用

通常我們認(rèn)為動(dòng)物的基礎(chǔ)代謝率（BMR）、標(biāo)準(zhǔn)代謝率 (SMR)和靜息代謝率（RMR）等能量代謝參數(shù)是相對穩(wěn)定且可重復(fù)的。但是因?yàn)榇x率的重復(fù)性隨著連續(xù)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(fù)性"的結(jié)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(shí)間尺度上探究高原蠑螈靜息代謝率的重復(fù)性以及其親代與子代之間的遺傳關(guān)系，捷克的科研人員利用SSI動(dòng)物呼吸代謝測量系統(tǒng)對高原蠑螈進(jìn)行了長達(dá)5年的持續(xù)跟蹤觀察。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(nèi)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(fù)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(shí)間的推遲，種群內(nèi)個(gè)體間的差異逐步拉大。而且經(jīng)過體重校正的RMR多年來保持穩(wěn)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(gè)體發(fā)育的差異才是導(dǎo)致變溫動(dòng)物種群內(nèi)RMR高變異的重要因素?？紤]到整個(gè)觀察試驗(yàn)過程中需要為高山蠑螈提供“適宜"的生存環(huán)境，而自然條件下環(huán)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(jìn)一步削弱?？偠灾狙芯康慕Y(jié)果提供了關(guān)于長壽變溫動(dòng)物——尤其是有尾兩棲動(dòng)物中，RMR的長期可重復(fù)性和遺傳性的信息。與非長壽物種相比，蠑螈的RMR重復(fù)性相當(dāng)?shù)?，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(dòng)物呼吸代謝測量系統(tǒng)對兩棲綱、有尾目的娃娃魚幼體進(jìn)行了跟蹤觀察，并對其呼吸表面積失水(RSAWL)和標(biāo)準(zhǔn)代謝率(SMR)進(jìn)行能量代謝分析。

對所有物種進(jìn)行建模時(shí)，緯度與呼吸表面積失水率（RSAWL）平均殘差值呈弱正相關(guān)，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(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)卵并展示親代卵保護(hù)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(gè)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(dòng)物，不同的生理特征可能處于不同的選擇機(jī)制之下。這個(gè)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(guān)。

研究中使用的SSI動(dòng)物呼吸代謝測量系統(tǒng)包括：

1.FOXBOX / FMS呼吸測量儀，可以做到準(zhǔn)確的O2、CO2、H2O（FMS實(shí)配）等呼吸相關(guān)氣體測量，主要?dú)怏w測量模塊便攜式集成設(shè)計(jì)，可滿足野外使用環(huán)境；

2.RM-8 & FB-8多通道氣流控制系統(tǒng)，可同時(shí)對多個(gè)實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行自動(dòng)化測量，滿足多實(shí)驗(yàn)對象的高通量、自動(dòng)化需求；

3.定制化呼吸室，可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)對象選擇合適的呼吸室/代謝籠，滿足不同動(dòng)物的代謝測量；

除此之外，還可以根據(jù)具體需求做更多的拓展，比如：

1.選配水體O2監(jiān)測模塊，針對全水體生存期（部分兩棲動(dòng)物幼體），使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更全面；

2.選配動(dòng)物活動(dòng)檢測模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的活動(dòng)狀態(tài)，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具針對性；

3.選配生理監(jiān)測（體溫、心率等）模塊，提供更立體的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(tài)技術(shù)有限公司與美國Sable等國際能量代謝測量技術(shù)公司合作，為國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、環(huán)境醫(yī)學(xué)研究提供全面能量代謝研究技術(shù)方案和能量代謝實(shí)驗(yàn)室方案：

1)  大鼠、小鼠等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能量代謝測量技術(shù)

2)  靈長類能量代謝測量技術(shù)

3)  果蠅能量代謝測量技術(shù)

4)  斑馬魚能量代謝測量技術(shù)

5)  人體能量代謝測量技術(shù)

6)  動(dòng)物活動(dòng)與生理指標(biāo)（體溫、心率等）監(jiān)測技術(shù)

7)  測量參數(shù)包括：氧氣消耗量（VO2）、二氧化碳產(chǎn)量（VCO2）、呼吸交換速率（RER）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、熱傳導(dǎo)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。