易科泰能量代謝測量技術(shù)快訊：靈長(cháng)類(lèi)能量代謝

靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物有許多與人類(lèi)相似的生物學(xué)特性，是人類(lèi)疾病和基礎生物醫學(xué)研究的理想動(dòng)物模型。易科泰生態(tài)技術(shù)公司積十幾年動(dòng)物能量代謝測量技術(shù)研究服務(wù)經(jīng)驗，與美國Sable等國際能量代謝技術(shù)公司合作，為靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物能量代謝研究提供精準技術(shù)方案：

1.定制動(dòng)物不同狀態(tài)（如跑步機上運動(dòng)、爬桿運動(dòng)）下的能量消耗、呼吸商監測等

2.定制光源控制、飲食限制、熱限制條件下動(dòng)物全面能量代謝監測等，可用于肥胖、糖尿病、組織再生、藥物療效、炎癥評估、燒傷治療等生物醫學(xué)和醫學(xué)研究

3.提供低氧控制、活動(dòng)度、核心體溫、VISIR動(dòng)物行為監測以及高精度、高分辨率測量分析主機系統

4.根據客戶(hù)需求，提供備選便攜式、模塊式、多通道式、24小時(shí)連續式、PUSH模式、PULL模式等不同技術(shù)路線(xiàn)方案

5.紅外成像技術(shù)與微型皮下植入式溫度心率監測，全面測量監測體溫動(dòng)態(tài)

應用案例1: 眼鏡猴的體溫調節

異溫動(dòng)物是體溫調節機制介乎變溫動(dòng)物和恒溫動(dòng)物之間的一種動(dòng)物類(lèi)別。南非納爾遜-曼德拉大學(xué)和馬來(lái)西亞砂拉越大學(xué)研究者以眼鏡猴為模型研究其異溫潛力和表型，實(shí)驗中將動(dòng)物放到4升的呼吸室內（含糞尿收集），采用SSI推氣式能量代謝測量技術(shù)測量耗氧率VO2、二氧化碳產(chǎn)量VCO2和蒸發(fā)失水率EWL，結合動(dòng)物皮下溫度，呼吸室內不同的溫度變化監測來(lái)評估動(dòng)物的熱調節響應。結果表明，該眼鏡猴熱中性區為25-30℃，基礎代謝率（BMR）為3.52±0.06 W.kg^-1（0.65±0.01mlO2.g^?1.h^?1)。在實(shí)驗室數據或自由放養數據中都沒(méi)有適應性異溫的證據。相反，動(dòng)物似乎對寒冷敏感（T_b-31℃）。文中討論了眼鏡猴明顯缺乏異溫的可能原因，并確認了闊鼻小目中*的異溫調節，論證了對眼鏡猴未來(lái)與全球變暖相關(guān)的溫度升高的脆弱性的關(guān)注。

應用案例2: 紅毛猩猩能量代謝策略

能量是生物生長(cháng)、恢復和繁殖所必需的基本流通量——但我們對類(lèi)人猿的代謝生理學(xué)和進(jìn)化的能量利用策略知之甚少。華盛頓大學(xué)人類(lèi)學(xué)系生物力學(xué)專(zhuān)家Herman Pontzer研究報告了自由生活的猩猩 (Pongo spp.)的日常能量利用，并測試觀(guān)察到的猩猩、人類(lèi)和其它哺乳動(dòng)物之間能量消耗的差異是否反映了生活史中的已知差異。實(shí)驗中使用雙標記水法和SSI開(kāi)放式呼吸代技術(shù)（Fig.S3）分別測量動(dòng)物的日能量消耗和靜息代謝率。研究結果表明（參見(jiàn)Table S4），盡管活動(dòng)水平與野外的猩猩相似，但相對于體重而言，猩猩消耗的能量比幾乎所有的真哺乳亞綱哺乳動(dòng)物都要少，包括久坐不動(dòng)的人類(lèi)。這種極低的能量代謝率以前在靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物中沒(méi)有觀(guān)察到，但與猩猩的緩慢生長(cháng)和低繁殖率是一致的，可能是對嚴重食物短缺的進(jìn)化反應。這些結果對圈養和野外猩猩種群的管理具有重要意義，并強調了猿類(lèi)和人類(lèi)進(jìn)化過(guò)程中生理、行為和生活史策略的靈活性和相互依賴(lài)性。

應用案例3: 靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物爬行能量消耗

杜克大學(xué)Jandy Hanna博士等對5個(gè)不同種類(lèi)且具有不同體重的的靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物在垂直攀爬或水平行走時(shí)的氧氣消耗量進(jìn)行了測量，具體裝置如下圖。在《科學(xué)》（Science）雜志報道的結果顯示，在攀爬時(shí)與在行走時(shí)，身體大小與能耗相聯(lián)系的機制是不同的，這可能表明了為什么早期的靈長(cháng)類(lèi)在進(jìn)入特別的生境時(shí)無(wú)需花費攀爬所用的新的代謝成本。

靈長(cháng)類(lèi)垂直攀爬所用的能量并不會(huì )因為其身材的大小而增減，相反，其所用的能量似乎與其體重無(wú)關(guān)。另一方面，靈長(cháng)類(lèi)以直線(xiàn)行走所需的能量卻會(huì )隨著(zhù)其體型的增加而降低，這意味著(zhù)，較大的靈長(cháng)類(lèi)停留在地面上是很有道理的；而就代謝水平來(lái)說(shuō)，較小的靈長(cháng)類(lèi)究竟是行走還是攀爬都無(wú)足輕重。這些發(fā)現與所提出的最早的靈長(cháng)類(lèi)是小型靈長(cháng)類(lèi)這一理論是一致的。

之后加盟西弗吉尼亞州骨科醫學(xué)院生物醫學(xué)科學(xué)系的Jandy Hanna博士繼續和杜克大學(xué)進(jìn)化人類(lèi)學(xué)系Daniel Schmitt教授合作開(kāi)展研究再次發(fā)文詳細證實(shí)了之前研究成果，即小型靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物的水平和垂直運動(dòng)的類(lèi)似成本促進(jìn)了最早的靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物成功占領(lǐng)細分支樹(shù)棲環(huán)境。并解決第三個(gè)目標：攀爬的運動(dòng)學(xué)如何與攀爬的能量成本相關(guān)以及這與肌肉募集的關(guān)系（Fig2）。

研究結果認為，肌肉體積募集會(huì )隨著(zhù)大小和底物取向而變化。作者預測，與水平運動(dòng)相比，本研究中的大型靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物在攀爬過(guò)程中招募的肌肉質(zhì)量比體積更大，并且這種現象是攀爬過(guò)程中大型靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物質(zhì)量特定能量成本的直接原因。

應用案例4: 青腹綠猴發(fā)燒與社群行為

動(dòng)物行為的進(jìn)化研究通常集中在健康動(dòng)物典型行為的適應性?xún)r(jià)值上。然而，人們早就認識到，患病的動(dòng)物也可以提供對生存和適應的行為決定因素的見(jiàn)解，特別是在面對環(huán)境挑戰時(shí)。在各種動(dòng)物中發(fā)生發(fā)燒表明，盡管與維持升高的體溫相關(guān)的代謝成本很高，但發(fā)燒反應是一種進(jìn)化上保守的策略，主要作用于抵抗傳染性病原體或其他非感染性刺激物。

諾丁漢特倫特大學(xué)（Nottingham Trent University）的研究人員使用微型數據記錄器，在六年的時(shí)間里對一群野生青腹綠猴的核心體溫進(jìn)行了連續測量，監測野生靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物的發(fā)燒情況，并揭示該物種間感染的社會(huì )成本。他們在43只猴子中發(fā)現了128次發(fā)燒，共計776個(gè)發(fā)燒日。發(fā)燒期間的行為包括食欲不振和疲勞，但猴子并沒(méi)有減少與社會(huì )群體的互動(dòng)。結果發(fā)現，發(fā)燒的猴子有兩倍的可能性，成為其社會(huì )群體成員攻擊的受害者。研究人員認為，這些結果有助于了解疾病的傳播，以及社會(huì )結構因感染而發(fā)生變化的方式。

參考資料

1.Hanna JB, Schmitt D, Griffin TM. The energetic cost of climbing in primates. Science. 2008 May 16;320(5878):898. doi: 10.1126/science.1155504. PMID: 18487185.

2.Hanna JB, Schmitt D. Locomotor energetics in primates: gait mechanics and their relationship to the energetics of vertical and horizontal locomotion. Am J Phys Anthropol. 2011 May;145(1):43-54. doi: 10.1002/ajpa.21465. Epub 2011 Jan 4. PMID: 21484760; PMCID: PMC3156653.

3.McFarland R, Henzi SP, Barrett L, Bonnell T, Fuller A, Young C & Hetem RS. 2021. Fevers and the social costs of acute infection in wild vervet monkeys.Proceedings of the National Academy of Sciences118: e2107881118.

4.Pontzer H , Raichlen D A , Shumaker R W , et al. Metabolic adaptation for low energy throughput in orangutans[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2010, 107(32):P.14048-14052.

5.Shaun W , Tuen A A , Lovegrove B G . Searching for the Haplorrhine Heterotherm: Field and Laboratory Data of Free-Ranging Tarsiers[J]. Frontiers in Physiology, 2017, 8:745-.