能量代謝測量技術(shù)—鳥類研究案例

代謝是生命活動中所有生物化學(xué)變化的總稱，也是生命活動的本質(zhì)特征和物質(zhì)基礎(chǔ)。通過研究鳥類的代謝能夠直接反映能量代謝的收支水平，同時也能間接反映出鳥類的生存對策和對生存環(huán)境的適應(yīng)性，展現(xiàn)鳥類與環(huán)境因素之間的適應(yīng)性關(guān)系，為更好地了解鳥類在不同環(huán)境條件下的能量代謝變化過程及生理、形態(tài)上的變化提供有效的理論支持。
 

案例一：
 

鳥類的翅膀動力學(xué)和形態(tài)學(xué)對飛行空氣動力學(xué)有重要影響，但是目前還缺乏將這些與能量代謝成本聯(lián)系起來的研究，特別是在形態(tài)學(xué)適應(yīng)身體大小方面。此外，陸生四足動物肌肉將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為運動的效率(機械化學(xué)效率)隨身體質(zhì)量的增加而增加，但這種關(guān)系在飛行脊椎動物中尚未得到證實。多倫多大學(xué)使用FoxBox能量代謝系統(tǒng)對懸停蜂鳥的形態(tài)、運動和能量代謝進行研究，探索了蜂鳥翅膀形態(tài)、效率和質(zhì)量對懸停代謝率(HMR)的影響。
 

蜂鳥翅膀形態(tài)變量和振翅頻率與身體大小成比例，但翅膀負(fù)重量不隨身體大小而變化，懸停飛行效率與蜂鳥體重之間存在正相關(guān)關(guān)系。
 

參考文獻：Groom D J, Toledo M C, Powers D R, et al. Integrating morphology and kinematics in the scaling of hummingbird hovering metabolic rate and efficiency.[J]. Proceedings of The Royal Society B: Biological Sciences, 2018, 285(1873).
 

案例二：
 

熱帶和南溫帶的物種生長速率通常比北溫帶的同類緩慢，生物個體出生后的生長速率差異巨大，尤其是不同緯度之間的生物。除去體重的異速生長外因素外，代謝率被認(rèn)為是影響生長率的一個關(guān)鍵機制。美國蒙大拿大學(xué)在亞利桑那州北溫帶高海拔、馬來西亞的熱帶中海拔、南非海平面的南溫帶矮灌木地采集了雀形目總計59種436只鳴禽雛鳥，使用FoxBox能量代謝系統(tǒng)對鳴禽樣本進行能量代謝及生長速率研究。

研究的三個緯度的59種鳴禽的代謝率隨雛鳥體重的增加而增加；對一定體重的鳴禽，北溫帶品種的代謝率明顯高于南溫帶和熱帶品種，此外，南溫帶雛鳥的代謝率也略高于熱帶雛鳥，但差異不顯著，能量代謝解釋了生長速率的緯度差異。
 

參考文獻：Ton R , Martin T E , Reznick D . Metabolism correlates with variation in post-natal growth rate among songbirds at three latitudes[J]. Functional Ecology, 2016, 30(5):743-748.

案例三：
 

鳥類的表型靈活性使鳥類能夠適應(yīng)不斷變化的生態(tài)環(huán)境，現(xiàn)已證明在一年時間中不同的能量需求驅(qū)動了鳥類的能量代謝和肌肉可塑性，但目前還不清楚是哪種分子機制控制著鳥類的這種機制。美國邁阿密大學(xué)生物系科學(xué)家對灰貓嘲鶇（Dumetella carolinensis）的5個生長階段：熱帶越冬(1月5-20日)、春季向北遷徙( (4月30日- 5月11日)、繁殖(6月11-27日)、秋季前遷徙期(8月5-15日)和秋季南遷(10月17日- 10月3日)進行了研究，在有機體能力代謝、組織器官和分子水平描述了候鳥在整個年度周期中的表型變化，以闡明影響季節(jié)性代謝靈活性的調(diào)節(jié)機制。在研究中主要使用了FoxBox 、MFC-2能量代謝系統(tǒng)。
 

拍攝于美國佛羅里達州德雷托圖加斯

參考文獻：Demoranville K J, Corder K R, Hamilton A, et al. PPAR expression, muscle size, and metabolic rates across the Gray catbird's annual cycle are greatest in preparation for fall migration[J]. The Journal of Experimental Biology, 2019, 222(14).

案例四：
 

城市地區(qū)產(chǎn)生的高分貝人為噪音會對野生動物產(chǎn)生負(fù)面影響，長期暴露在噪聲中會導(dǎo)致野生動物生理和行為改變，從而對動物的健康產(chǎn)生強烈的影響。例如，由人為噪音引起的行為變化（如親代撫育質(zhì)量）可能會改變雛鳥的發(fā)育，甚至可能影響雛鳥的表型。法國科學(xué)家對暴露在城市交通噪音環(huán)境和鄉(xiāng)村自然環(huán)境中的家麻雀（Passer domesticus）能量代謝和形態(tài)學(xué)進行了研究，探索了人類城市噪音對家麻雀形態(tài)和代謝的影響。
 

在該研究中沒有發(fā)現(xiàn)城市交通噪音對雛鳥的形態(tài)學(xué)影響，但是發(fā)現(xiàn)受干擾的雛鳥比未受干擾的雛鳥擁有更低的代謝率和質(zhì)量調(diào)整代謝率，噪聲本身是一種特殊的影響，而非通過親代撫育質(zhì)量的間接影響。
 

參考文獻：Brischoux F , Meillère, Alizée, Dupoué, Andréaz, et al. Traffic noise decreases nestlings’ metabolic rates in an urban exploiter[J]. Journal of Avian Biology, 2017.
 

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