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    易科泰能量代謝測量技術快訊:靈長類能量代謝

    發布時間: 2022-03-16  點擊次數: 28次

    靈長類動物有許多與人類相似的生物學特性,是人類疾病和基礎生物醫學研究的理想動物模型。易科泰生態技術公司積十幾年動物能量代謝測量技術研究服務經驗,與美國Sable等國際能量代謝技術公司合作,為靈長類動物能量代謝研究提供精準技術方案:

    1.定制動物不同狀態(如跑步機上運動、爬桿運動)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和醫學研究

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

    4.根據客戶需求,提供備選便攜式、模塊式、多通道式、24小時連續式、PUSH模式、PULL模式等不同技術路線方案

    5.紅外成像技術與微型皮下植入式溫度心率監測,全面測量監測體溫動態


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    應用案例1: 眼鏡猴的體溫調節

    異溫動物是體溫調節機制介乎變溫動物和恒溫動物之間的一種動物類別。南非納爾遜-曼德拉大學和馬來西亞砂拉越大學研究者以眼鏡猴為模型研究其異溫潛力和表型,實驗中將動物放到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測量耗氧率VO2、二氧化碳產量VCO2和蒸發失水率EWL,結合動物皮下溫度,呼吸室內不同的溫度變化監測來評估動物的熱調節響應。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-10.65±0.01mlO2.g?1.h?1)。在實驗室數據或自由放養數據中都沒有適應性異溫的證據。相反,動物似乎對寒冷敏感(Tb-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公認的異溫調節,論證了對眼鏡猴未來與全球變暖相關的溫度升高的脆弱性的關注。

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    應用案例2: 紅毛猩猩能量代謝策略

    能量是生物生長、恢復和繁殖所必需的基本流通量——但我們對類人猿的代謝生理學和進化的能量利用策略知之甚少。華盛頓大學人類學系生物力學專家Herman Pontzer研究報告了自由生活的猩猩 (Pongo spp.)的日常能量利用,并測試觀察到的猩猩、人類和其它哺乳動物之間能量消耗的差異是否反映了生活史中的已知差異。實驗中使用雙標記水法和SSI開放式呼吸代技術(Fig.S3)分別測量動物的日能量消耗和靜息代謝率。研究結果表明(參見Table S4),盡管活動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物都要少,包括久坐不動的人類。這種極低的能量代謝率以前在靈長類動物中沒有觀察到,但與猩猩的緩慢生長和低繁殖率是一致的,可能是對嚴重食物短缺的進化反應。這些結果對圈養和野外猩猩種群的管理具有重要意義,并強調了猿類和人類進化過程中生理、行為和生活史策略的靈活性和相互依賴性。

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    應用案例3: 靈長類動物爬行能量消耗

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

    靈長類垂直攀爬所用的能量并不會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關。另一方面,靈長類以直線行走所需的能量卻會隨著其體型的增加而降低,這意味著,較大的靈長類停留在地面上是很有道理的;而就代謝水平來說,較小的靈長類究竟是行走還是攀爬都無足輕重。這些發現與所提出的最早的靈長類是小型靈長類這一理論是一致的。

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    之后加盟西弗吉尼亞州骨科醫學院生物醫學科學系Jandy Hanna博士繼續和杜克大學進化人類學系Daniel Schmitt教授合作開展研究再次發文詳細證實了之前研究成果,即小型靈長類動物的水平和垂直運動的類似成本促進了最早的靈長類動物成功占領細分支樹棲環境。并解決第三個目標:攀爬的運動學如何與攀爬的能量成本相關以及這與肌肉募集的關系Fig2)。

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    研究結果認為,肌肉體積募集會隨著大小和底物取向而變化。作者預測,與水平運動相比,本研究中的大型靈長類動物在攀爬過程中招募的肌肉質量比體積更大,并且這種現象是攀爬過程中大型靈長類動物質量特定能量成本的直接原因。

    應用案例4: 青腹綠猴發燒與社群行為

    動物行為的進化研究通常集中在健康動物典型行為的適應性價值上。然而,人們早就認識到,患病的動物也可以提供對生存和適應的行為決定因素的見解,特別是在面對環境挑戰時。在各種動物中發生發燒表明,盡管與維持升高的體溫相關的代謝成本很高,但發燒反應是一種進化上保守的策略,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(Nottingham Trent University)的研究人員使用微型數據記錄器,在六年的時間里對一群野生青腹綠猴的核心體溫進行了連續測量,監測野生靈長類動物的發燒情況,并揭示該物種間感染的社會成本。他們在43只猴子中發現了128次發燒,共計776個發燒日。發燒期間的行為包括食欲不振和疲勞,但猴子并沒有減少與社會群體的互動。結果發現,發燒的猴子有兩倍的可能性,成為其社會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,以及社會結構因感染而發生變化的方式。

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    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-.



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