布氏田鼠聚群的能量学、社会缓冲效应及其神经基础

Small mammals living in the temperate area have evolved a series of physiological and behavioral adaptive strategies in response to the seasonal environments. Huddling is a social thermoregulatory behavior which is important for living at low ambient temperature. Most huddling studies focus on wild ecology observations, but lack the physiological bases. This project uses the social model of Brandt’s voles (Lasiopodomys brandtii) which we have extensive studied in ecophysiology, to determone the effects of huddling on social thermoregulation, energy saving, social buffering and neuronal plasticity from the levels of behavior, physiology, biochemistry, molecular and neuroscience. We will also develop an energy effect model based on energy benefit and cost to predict the optimal group size at different temperatures. Our findings will be of great value for understanding the adaptive strategies for survival under the seasonal environments in non-hibernating small mammals. It will also reveal the physiological basis of huddling evolution for the social mammals.

温带地区的小型哺乳动物为适应季节性环境，在长期进化过程中形成了一系列生理和行为适应策略。聚群行为（huddling）是动物适应低温环境的一种重要策略。关于聚群的野外生态学研究较多，但其生理学基础非常缺乏。本项目以具有良好研究基础的群居性的布氏田鼠为模型，利用整体代谢产热、体温实时监控等技术，从生理、生化、行为、分子及神经等不同层次，研究不同环境温度下布氏田鼠聚群行为的产热效应、能量节约效应、社会缓冲效应及对神经可塑性的影响，根据能量收益和代价建立能量效应模型以预测不同环境下的最适群体大小，以了解非冬眠小型哺乳动物在季节性环境中的生存适应策略，揭示聚群行为进化的生理学基础。

温带地区啮齿动物聚群行为对于其越冬生存具有重要的生态和适应意义。本项目主要研究内容包括：1）聚群行为的能量和产热效应；2）聚群行为与肠道菌群的结构和生理功能；3）聚群行为的神经生物学机制。主要发现有：1）发现聚群显著影响动物的能量代谢、热传导、身体成分、非颤抖性产热和肩胛间褐色脂肪组织的相对重量，使体温下降、活动性增加。冷暴露导致食物摄入增加，聚群使冷暴露动物的食物摄入降低29%，使常温组个体食物摄入降低26%。在常温和低温条件下，聚群均导致静止代谢率（RMR）显著降低，在两种环境温度下降幅度均为37%。聚群条件下，布氏田鼠的非颤抖性产热NST水平不受低温的影响，而非聚群布氏田鼠的非颤抖性产热在低温条件下显著增加。2)聚群行为增加了短链脂肪酸的浓度，尤其是乙酸、丙酸和丁酸。常温单笼饲养的布氏田鼠，接受低温非聚群田鼠盲肠菌群的移植后，能量摄入和非颤抖性产热显著增加；接受低温聚群田鼠盲肠菌群的移植后，能量摄入和产热指标并不改变。这些结果表明布氏田鼠在冷暴露条件下通过改变肠道菌群介导能量摄入和体温调节，而低温聚群动物的肠道菌群能够降低宿主的能量需求。低温或者聚群条件下，布氏田鼠盲肠菌群的改变可能与体温下降有关。3) 验证低温菌群通过激活去甲肾上腺素—PKA信号通路，促进了BAT产热蛋白UCP1的表达，表明了布氏田鼠的“肠道菌群—肠—脑”轴调控在寒冷环境下的能量代谢和体温调节。4）低温聚群的布氏田鼠新生细胞的数量高于低温非聚群组，在下丘脑和杏仁核中最明显。低温聚群田鼠在某些与社会行为相关的特定脑区的新细胞数量较高，如中央杏仁核和下丘脑室旁核等区域。在低温环境下聚群行为促进神经再生。