科學(xué)新發(fā)現(xiàn)！為什么鼠類的猖獗具有明顯的季節(jié)性規(guī)律？

出品：科普中國(guó)

作者: 冰冰棒（中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

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(huì)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(lái)源：Veer圖庫(kù)）

“春天來(lái)了，萬(wàn)物復(fù)蘇，又到了動(dòng)物交配的季節(jié)……”

這是常常出現(xiàn)在《動(dòng)物世界》里的一句話。隨著天氣逐漸變暖，好像萬(wàn)物都開(kāi)始恢復(fù)了生機(jī)。為什么不同季節(jié)，動(dòng)物們的活動(dòng)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(dòng)物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)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(cè)環(huán)境變化并對(duì)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(dòng)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(dòng)物預(yù)測(cè)環(huán)境變化的最主要依據(jù)。也就是說(shuō)動(dòng)物能夠通過(guò)感知外界明暗的長(zhǎng)短來(lái)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(lái)源：Veer圖庫(kù)）

春夏季繁殖的田鼠

不知道你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，一些小動(dòng)物總是喜歡在溫暖的季節(jié)出動(dòng)，其實(shí)相對(duì)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(zhǎng)逐漸變長(zhǎng)的春夏季（3—9月份）開(kāi)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(guó)科學(xué)院動(dòng)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(guò)影響田鼠腸道中微生物菌群（腸道微生物是指在動(dòng)物的腸道中存在的數(shù)量龐大的微生物,這群微生物在動(dòng)物的腸道中生活,同時(shí)幫助寄主動(dòng)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(duì)布氏田鼠季節(jié)性繁殖的調(diào)控。

（圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)）

團(tuán)隊(duì)通過(guò)在室內(nèi)人為的操縱光周期長(zhǎng)短，測(cè)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(zhǎng)變緩，其性腺（睪丸和附睪）的重量也會(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)、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(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)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(dòng)物的繁殖能力。腸道微生物的變化，影響到不僅僅是動(dòng)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(dòng)節(jié)律，接受了長(zhǎng)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(dòng)節(jié)律變得和長(zhǎng)光周期下生活的田鼠一致。這說(shuō)明腸道微生物除了會(huì)影響動(dòng)物的繁殖性能，還會(huì)影響動(dòng)物的活動(dòng)節(jié)律。

（圖片來(lái)源：Veer圖庫(kù)）

通過(guò)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(dòng)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(guò)作用于HPG軸—褪黑激素—下丘腦中Kisspeptin/GPR54的系統(tǒng)來(lái)決定了動(dòng)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(huì)具有明顯的季節(jié)性特點(diǎn)，還在害蟲(chóng)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(guò)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(duì)改善一些入睡困難患者的睡眠問(wèn)題或者經(jīng)常旅行出差的人的時(shí)差問(wèn)題都會(huì)有很大的益處。

此外林業(yè)或農(nóng)業(yè)部門(mén)可以利用經(jīng)過(guò)特定短光周期暴露的微生物群來(lái)減緩有害嚙齒類動(dòng)物的繁殖，避免害蟲(chóng)害鼠出現(xiàn)過(guò)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(chǎng)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(zhǎng)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(lái)調(diào)控家畜的繁殖，收獲到更大的經(jīng)濟(jì)效益。

編輯：郭雅欣