科学视点

动物所等揭示野生大熊猫滚马粪行为分子机制

  在自然界中,野生哺乳动物通常对同域分布的其它物种粪便表现出回避行为,如捕食者粪便中的一些化学物质是猎物的重要化学警报信号。对其它物种的粪便表现出吸引或利用的现象,在哺乳动物中较为罕见。中国科学院院士、中科院动物研究所研究员魏辅文团队经过长期的野外观察总结发现,马粪对秦岭野生大熊猫具有较强吸引力。在陕西佛坪国家级自然保护区,野生大熊猫会被其遇到的新鲜马粪吸引,表现出嗅闻马粪、在马粪上打滚、用脸颊在马粪上磨蹭、将粪便涂抹在全身等行为(图1,视频1)。

  近期,魏辅文团队与中科院昆明动物研究所研究员赖仞研究组合作,在PNAS上,发表题为Why Wild Giant Pandas Frequently Roll in Horse Manure的研究成果。该研究首次科学报道了大熊猫滚马粪行为;利用多种宏微观研究技术,结合气象因素、大熊猫——马之间的历史互动等系统阐明该行为产生的原因,初步解析了该行为的潜在分子机制。

  研究人员利用红外相机技术,在陕西佛坪国家级自然保护区的核心区三官庙保护站监测大熊猫滚马粪行为,记录并科学描述这一行为过程,并将其定义为“HMR(horse manure rolling)行为”。研究发现,“HMR行为”与马粪的新鲜程度相关,两周以内的马粪对大熊猫具有吸引力。研究人员通过GC-MS化学分析比较发现,新鲜马粪中的BCP(β-石竹烯)和BCPO(石竹烯氧化物)等物质含量显著高于自然挥发两周后的陈旧马粪,这可能是诱导大熊猫“HMR行为”的关键化合物。研究人员进一步将这些化合物在北京动物园进行验证,通过在干草垛上喷洒这两种物质的标准品的稀释溶液,北京动物园的大熊猫也产生了类似行为(视频2),这进一步证实了这两种关键物质的重要性。

  此外,研究还发现几乎所有的“HMR行为”事件都是在-5℃到15℃的环境温度中记录到的。结合当地气象数据,研究人员发现,该行为的发生概率与冬季环境温度降低呈正相关关系。结果表明,“HMR行为”是一个温度诱导事件。为进一步揭示“HMR行为”与温度之间的关系,研究人员利用电生理技术,在分子细胞水平研究中发现,BCP和BCPO能够抑制大熊猫“gpTRPM8”受体的冷激活和薄荷醇激活。TRPM8作为动物皮肤表面重要的冷觉感受器被抑制,在一定时间内会钝化动物对外界寒冷的感应。模式动物大、小鼠的实验表明,涂抹BCP或BCPO可增强小鼠对冷板的耐受能力,在寒冷条件下不需聚群取暖(视频3);同时注射Icilin和BCPO能够抑制Icilin诱导的大鼠颤抖行为和小鼠跳跃行为,明显增强大、小鼠对寒冷的抵抗力。研究证实了大熊猫在寒冷的冬季通过“HMR行为”将马粪涂抹于全身有辅助御寒的效果。

  该研究描述了野生秦岭大熊猫一种不寻常的行为(“HMR行为”),确定了BCP和BCPO作为TRPM8离子通道的新化学抑制剂,并提供了一种可能的化学辅助机制,即动物可能积极地从栖息地寻找、利用潜在的化学资源以适应温度变化。但大熊猫如何感知到这些物质以及这种行为的发生是否还有其它分子机制,仍需进一步研究。

  该研究由动物所、昆明动物所和北京动物园等单位合作完成。动物所博士后周文良,昆明动物所研究员杨仕隆、副研究员李博文和动物所研究员聂永刚为论文的共同第一作者;魏辅文和赖仞为论文的共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金委创新群体项目、中科院战略性先导科技专项(B类)和前沿重点项目及云南省科技厅等的支持。

  论文链接

图1.野生大熊猫“HMR”行为

视频1.单反相机(上)和红外相机(下)拍摄野生大熊猫“HMR”行为视频

视频2.喷洒BCP/BCPO的草垛引起圈养大熊猫(北京动物园)类似“HMR”行为

视频3.低温(4℃)条件下涂抹BCP/BCPO的小鼠表现出不聚群行为(右)和对照组的聚群行为(左)


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