由于缺乏規(guī)律的食物攝入，哺乳動(dòng)物如何在冬眠期間維持生理功能一直是個(gè)謎。
雖然它們可以通過貼秋膘，慢代謝的方式節(jié)約能量，但這還是不夠。更糟糕的是，冬眠導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間無法活動(dòng)，再加上饑餓，會(huì)促使身體分解肌肉蛋白以產(chǎn)生能量。
而一旦肌肉蛋白被分解，肌肉萎縮也就在所難免。
那冬眠動(dòng)物是如何克服這個(gè)障礙的呢？Science 上最新刊登的一項(xiàng)研究揭示了其中的奧妙。
鎖定氮元素流失
在肌肉蛋白被分解這個(gè)問題上，最核心的損失是氮元素的流失。
用蛋白質(zhì)提供能量的同時(shí)會(huì)有副產(chǎn)物銨離子生成，而銨離子會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為尿素。由于高濃度的尿素對(duì)哺乳動(dòng)物的神經(jīng)元有毒，因此通常隨尿液排出體外。如果任由這種流失進(jìn)行下去，冬眠是難以為繼的。
對(duì)于這個(gè)問題，以松鼠為例，學(xué)術(shù)界有兩種說法。
一種是松鼠自身具有特殊的循環(huán)機(jī)制，可以從尿素中回收氮元素。
另一種說法是腸道的微生物可以幫助松鼠固氮。
多說無益，實(shí)踐才能出真知。
于是，蒙特利爾大學(xué)的 Regan 和同事們?cè)O(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證腸道微生物的重要性。
腸道微生物立大功
實(shí)驗(yàn)共使用了 47 只十三條紋地松鼠。研究人員將他們按季節(jié)分為三組，分別是夏季、初冬和晚冬。
他們的主要思路是模擬不同的季節(jié)環(huán)境，對(duì)比正常活動(dòng)的松鼠和冬眠松鼠的各類生物指標(biāo)，并用同位素標(biāo)記法測(cè)量它們的尿素代謝情況。
為了對(duì)照出腸道微生物的作用，研究人員還給實(shí)驗(yàn)組注射了抗生素，來清除腸道的微生物菌群。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)（下圖縱軸代表尿素濃度），腸道微生物完整的一組（Intact）尿素濃度很低，而清除腸道微生物的一組（Depleted）尿素濃度很高。
不僅如此，松鼠的盲腸中也含有豐富的碳 13 代謝產(chǎn)物，這表明微生物已經(jīng)將尿素中的碳和氮循環(huán)到自己體內(nèi)代謝，再由松鼠吸收。
而且從下圖中可以看出，冬眠期間，腸道微生物代謝釋放的尿素碳比例高于夏季。
（下圖中縱軸代表盲腸內(nèi)容物豐度，實(shí)心條代表腸道微生物完整，空心條代表腸道微生物被清除。實(shí)心條上面一格代表微生物釋放尿素碳的比例）
研究人員還進(jìn)行了其他實(shí)驗(yàn)，表明了松鼠在長(zhǎng)時(shí)間禁食后，尿素氮的再循環(huán)達(dá)到最大。并且此時(shí)腸道中的尿素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白豐度和微生物組中的尿素酶基因豐度也最高。
這些結(jié)果都揭示了冬眠期間腸道微生物發(fā)揮的作用。
或許后續(xù)的研究可以將這些腸道微生物分離出來，移植到其他物種中，幫助解決類似的尿素代謝和氮循環(huán)問題，幫助肌肉萎縮患者找到希望。
參考鏈接：
[1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6187
[2]https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh2950
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