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出品：科普中國

作者: 冰冰棒（中國科學院動物研究所）

監製：中國科普博覽

一年四季變化多端，春天氣溫回暖，夏天酷暑炎熱，秋天氣溫轉涼，冬天寒冷刺骨。我們(men) 之所以能夠體(ti) 會(hui) 這四時之景的不同，是因為(wei) 地球的自轉和公轉導致了光照、降水、溫度等的年度變化，產(chan) 生了這分明的四季。

（圖片來源：Veer圖庫）

“春天來了，萬(wan) 物複蘇，又到了動物交配的季節……”

這是常常出現在《動物世界》裏的一句話。隨著天氣逐漸變暖，好像萬(wan) 物都開始恢複了生機。為(wei) 什麽(me) 不同季節，動物們(men) 的活動有所不同呢？

為(wei) 了適應不同季節環境的變化，生活在溫帶和寒帶的哺乳動物在長期的進化過程中逐漸形成了一係列與(yu) 外界環境變化同步的季節性生理特點，及時地感知與(yu) 預測環境變化並對其做出適當的響應，迎合生存資源豐(feng) 富與(yu) 匱乏的周期性交替。

其中繁殖行為(wei) 作為(wei) 一個(ge) 高耗能的生理行為(wei) ，自然也是被限製在每年的特定時段，這也就產(chan) 生了小型動物中典型的季節性繁殖現象。

而光周期又是各種環境因子當中隨周期性變化最為(wei) 穩定的一個(ge) 環境因子,因此也成為(wei) 了動物預測環境變化的最主要依據。也就是說動物能夠通過感知外界明暗的長短來感知季節的變化,從(cong) 而在合適的季節調節身體(ti) 狀態到一個(ge) 適合進行繁殖的狀態。

（圖片來源：Veer圖庫）

春夏季繁殖的田鼠

不知道你有沒有發現，一些小動物總是喜歡在溫暖的季節出動，其實相對溫暖的時期，也許正巧是它們(men) 的繁殖期。

以分布於(yu) 內(nei) 蒙古草原的布氏田鼠為(wei) 例，作為(wei) 一個(ge) 典型的野生鼠種，它的繁殖期在日長逐漸變長的春夏季（3—9月份）開始, 到秋冬季節的時候結束，這種一年當中隻在特定季節進行繁殖的特點就叫做季節性繁殖。那麽(me) 這種季節性繁殖是怎樣被光周期調控的呢？

中國科學院動物研究所的張知彬研究員團隊近日發現，腸道微生物在布氏田鼠的季節性繁殖中起著至關(guan) 重要的作用。

其發表在微生物學期刊《Microbiome》上的一篇題為(wei) “Gut microbiota is associated with the effect of photoperiod on seasonal breeding in male Brandt’s voles (Lasiopodomys brandtii)”的文章表明，光周期能夠通過影響田鼠腸道中微生物菌群（腸道微生物是指在動物的腸道中存在的數量龐大的微生物,這群微生物在動物的腸道中生活,同時幫助寄主動物完成多種生理生化功能）的種類，作用在HPG軸-褪黑素-Kisspeptin/GPR54這一係統，從(cong) 而完成對布氏田鼠季節性繁殖的調控。

（圖片來源：Veer圖庫）

團隊通過在室內(nei) 人為(wei) 的操縱光周期長短，測定了在不同光周期下，布氏田鼠的身體(ti) 狀態特征。

結果表明，暴露在短光周期下的布氏田鼠不僅(jin) 體(ti) 重增長變緩，其性腺（睾丸和附睾）的重量也會(hui) 顯著降低、與(yu) 繁殖有關(guan) 的激素（如促卵泡激素、促黃體(ti) 生成素和睾酮）水平和有關(guan) 基因（如Dio2、Rfrp-3，Kiss-1和GPR54）的表達水平也都顯著降低，這些都可以看做是繁殖能力下降的一種表現。

這些數據表明了布氏田鼠在長光周期下的繁殖能力要優(you) 於(yu) 短光周期下生活的田鼠，這也解釋了為(wei) 什麽(me) 在3—9月份這一較長光周期的時間段內(nei) ，田鼠的繁殖行為(wei) 最多。

不同季節光周期的影響

從(cong) 上麵的研究，我們(men) 知道了光周期會(hui) 影響到體(ti) 內(nei) 的微生物類群。那具體(ti) 微生物類群是怎麽(me) 受影響的呢？

研究團隊測定了不同光周期下田鼠的腸道微生物的組成成分與(yu) 結構，結果發現光周期確實是決(jue) 定了田鼠在腸道中的微生物類群。

科研人員發現，生活在短光周期下的田鼠與(yu) 生活在長光周期下的田鼠在腸道微生物成分上表現出顯著差異，並且將長、短光周期生活的布氏田鼠的糞便進行移植後，發現原本在短光周期下生活的田鼠在接受了在長光周期中生活的田鼠的糞便移植後，其體(ti) 內(nei) 3個(ge) 與(yu) 繁殖相關(guan) 的激素（褪黑激素、促卵泡激素和促黃體(ti) 生成素）水平和3個(ge) 與(yu) 繁殖相關(guan) 的基因（下丘腦Kiss-1、睾丸Dio3和Dio2/Dio3比值）水平都變得和長光周期下生活的田鼠的相關(guan) 水平一致。

這就證明了光周期確實會(hui) 影響腸道微生物的構成，而腸道微生物的構成又進一步影響了動物的繁殖能力。腸道微生物的變化，影響到不僅(jin) 僅(jin) 是動物的繁殖能力。此外，上述這種腸道微生物的移植也改變了布氏田鼠的活動節律，接受了長光周期生活的田鼠的微生物移植後，原本在短光周期下生活的田鼠的活動節律變得和長光周期下生活的田鼠一致。這說明腸道微生物除了會(hui) 影響動物的繁殖性能，還會(hui) 影響動物的活動節律。

（圖片來源：Veer圖庫）

通過以上幾個(ge) 實驗，科研人員們(men) 幾乎可以確定，外界環境中的光周期能夠顯著影響動物的腸道微生物類群，而腸道微生物類群的這種改變又通過作用於(yu) HPG軸—褪黑激素—下丘腦中Kisspeptin/GPR54的係統來決(jue) 定了動物體(ti) 內(nei) 的繁殖性能，最終形成了繁殖性能與(yu) 光周期密切相關(guan) 的這麽(me) 一個(ge) 現象。

季節性變化研究的啟示

研究不同季節光周期的變化，不僅(jin) 給我們(men) 解釋了為(wei) 什麽(me) 鼠類的繁殖會(hui) 具有明顯的季節性特點，還在害蟲防治、家畜育種和人類健康管理方麵都給出了重要的理論性指導。

例如，經過特定的短光周期暴露後的腸道微生物群能夠使宿主更容易進入睡眠，這對改善一些入睡困難患者的睡眠問題或者經常旅行出差的人的時差問題都會(hui) 有很大的益處。

此外林業(ye) 或農(nong) 業(ye) 部門可以利用經過特定短光周期暴露的微生物群來減緩有害齧齒類動物的繁殖，避免害蟲害鼠出現過大的種群數量，從(cong) 而達到控製鼠害的目的。

另外，許多農(nong) 場裏家畜的繁殖性能也在很大程度上受到光周期的影響(如馬和驢更喜歡在長光周期下進行繁殖，而羊和駱駝更喜歡在短光周期下進行繁殖)。因此，養(yang) 殖戶們(men) 也可以使用特定光周期暴露後的微生物群來調控家畜的繁殖，收獲到更大的經濟效益。

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