能量代谢测量技术—鸟类研究案例

代谢是生命活动中所有生物化学变化的总称，也是生命活动的本质特征和物质基础。通过研究鸟类的代谢能够直接反映能量代谢的收支水平，同时也能间接反映出鸟类的生存对策和对生存环境的适应性，展现鸟类与环境因素之间的适应性关系，为更好地了解鸟类在不同环境条件下的能量代谢变化过程及生理、形态上的变化提供有效的理论支持。
 

案例一：
 

鸟类的翅膀动力学和形态学对飞行空气动力学有重要影响，但是目前还缺乏将这些与能量代谢成本联系起来的研究，特别是在形态学适应身体大小方面。此外，陆生四足动物肌肉将化学能转化为运动的效率(机械化学效率)随身体质量的增加而增加，但这种关系在飞行脊椎动物中尚未得到证实。多伦多大学使用FoxBox能量代谢系统对悬停蜂鸟的形态、运动和能量代谢进行研究，探索了蜂鸟翅膀形态、效率和质量对悬停代谢率(HMR)的影响。
 

蜂鸟翅膀形态变量和振翅频率与身体大小成比例，但翅膀负重量不随身体大小而变化，悬停飞行效率与蜂鸟体重之间存在正相关关系。
 

参考文献：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：
 

热带和南温带的物种生长速率通常比北温带的同类缓慢，生物个体出生后的生长速率差异巨大，尤其是不同纬度之间的生物。除去体重的异速生长外因素外，代谢率被认为是影响生长率的一个关键机制。美国蒙大拿大学在亚利桑那州北温带高海拔、马来西亚的热带中海拔、南非海平面的南温带矮灌木地采集了雀形目总计59种436只鸣禽雏鸟，使用FoxBox能量代谢系统对鸣禽样本进行能量代谢及生长速率研究。

研究的三个纬度的59种鸣禽的代谢率随雏鸟体重的增加而增加；对一定体重的鸣禽，北温带品种的代谢率明显高于南温带和热带品种，此外，南温带雏鸟的代谢率也略高于热带雏鸟，但差异不显著，能量代谢解释了生长速率的纬度差异。
 

参考文献：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：
 

鸟类的表型灵活性使鸟类能够适应不断变化的生态环境，现已证明在一年时间中不同的能量需求驱动了鸟类的能量代谢和肌肉可塑性，但目前还不清楚是哪种分子机制控制着鸟类的这种机制。美国迈阿密大学生物系科学家对灰猫嘲鸫（Dumetella carolinensis）的5个生长阶段：热带越冬(1月5-20日)、春季向北迁徙( (4月30日- 5月11日)、繁殖(6月11-27日)、秋季前迁徙期(8月5-15日)和秋季南迁(10月17日- 10月3日)进行了研究，在有机体能力代谢、组织器官和分子水平描述了候鸟在整个年度周期中的表型变化，以阐明影响季节性代谢灵活性的调节机制。在研究中主要使用了FoxBox 、MFC-2能量代谢系统。
 

拍摄于美国佛罗里达州德雷托图加斯

参考文献：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：
 

城市地区产生的高分贝人为噪音会对野生动物产生负面影响，长期暴露在噪声中会导致野生动物生理和行为改变，从而对动物的健康产生强烈的影响。例如，由人为噪音引起的行为变化（如亲代抚育质量）可能会改变雏鸟的发育，甚至可能影响雏鸟的表型。法国科学家对暴露在城市交通噪音环境和乡村自然环境中的家麻雀（Passer domesticus）能量代谢和形态学进行了研究，探索了人类城市噪音对家麻雀形态和代谢的影响。
 

在该研究中没有发现城市交通噪音对雏鸟的形态学影响，但是发现受干扰的雏鸟比未受干扰的雏鸟拥有更低的代谢率和质量调整代谢率，噪声本身是一种特殊的影响，而非通过亲代抚育质量的间接影响。
 

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