透过 Science 论文看啮齿类动物能量代谢监测研究利器

2026年7月，发表于《科学》的一项研究揭开了安第斯叶耳鼠这类啮齿动物在海拔6700米左右恶劣环境生存的演化奥秘。研究中整合生理代谢实验与基因组分析，筛选到的部分基因与代谢、呼吸产热功能相关，以及叶耳鼠演化出专门用于食物解毒的遗传特征。

文中啮齿类动物叶耳鼠生理表型测量技术方案：

1.基础代谢率（BMR）测量： 使用计算机控制的3套SSI开放式呼吸代谢测量系统，包括2套FMS多功能便携式呼吸代谢仪（下左图）和1套FOXBOX便携式呼吸代谢仪（下中图）等搭建的系统，以及温度恒定30℃±0.5℃下，通过Expedata专业软件（下右图）记录分析数据结果。

思考：为什么不使用实验大小鼠能量代谢笼测量系统？

2. 呼吸产热VO2max测量：FOXBOX便携式呼吸代谢仪+全身体积描记检测系统，在暴露于寒冷（−5°C）氦氧混合气约15分钟期间同时测量流出O2和CO2读数持续6至10分钟间得到VO2max理想结果。文中产热VO2max测量在三种不同O2分压（PO2）下记录，分别模拟0米（海平面；21% O2）、4300米（12% O2）和7000米（8.7% O2）海拔。该组合连用系统详细技术方法，以及其它动脉血氧饱和度、组织线粒体呼吸等请咨询北京易科泰生态技术有限公司。

低氧产热能力：高海拔动物的生理优势

 在低氧条件下，高海拔叶耳鼠缓解呼吸产热下降的幅度显著优于低海拔同种个体和达尔文叶耳鼠。 在相当于7000米左右的氧分压下——已接近该物种的海拔分布上限——高海拔个体能够更好地维持代谢产热，显示了叶耳鼠在冰冻温度下能够有效避免体温过低并保持活动能力。

图1 高海拔叶耳鼠在低氧条件下维持呼吸产热能力更强，其骨骼肌线粒体呼吸容量和相关酶活性也更高。(a) 呼吸室中的代表性个体。(b) 低氧下高海拔P. vaccarum的产热VO2max下降幅度更小。(c) 高海拔个体的有氧代谢范围更高。(d) 高海拔个体腓肠肌线粒体呼吸容量更高，膈肌则较低。(e–g) 高海拔个体腓肠肌中COX、HOAD和CS活性更高。(h) 血红蛋白-氧亲和力无显著差异。(i) P. vaccarum红细胞碳酸酐酶总活性低于 P. darwini。(j) 碳酸酐酶催化常数较低。

 令人惊奇的是，动物个体水平的呼吸商（RER=VCO2/VO2）在低氧条件下为0.7至0.8，表明产热主要依赖脂质氧化供能。这一结果与“高海拔条件下应转向碳水化合物氧化以节省氧气"的理论预期不符，暗示叶耳鼠可能通过维持足够的氧气通量，在低氧环境下仍能依赖脂质供能来支持持续产热。

饮食适应策略：被忽视的生态位维度

生物转化基因的强选择信号指向一个此前未被充分重视的适应维度：取食生态学。叶耳鼠的食物中包括多种已知含有毒次生代谢物的植物类群（如石蒜科Amaryllidaceae和锦葵科Malvaceae），且其食性随海拔发生显著变化。安第斯山脉西坡的植物群落随海拔快速更替，干旱普纳植被与海岸沙漠植物区系截然不同。此外，阿塔卡马火山沉积物中天然富集的砷是潜在的饮食毒素来源，可激活GST生物转化通路，使得叶耳鼠演化出了基因适应机制，能够吃有毒的食物。

该论文研究的核心意义在于，它揭示了高海拔小型哺乳动物的适应图景远比“低氧适应"四个字更为复杂。叶耳鼠在基因流强烈的背景下，仍通过强分化选择在基因组上留下了清晰的海拔适应印记——这本身就说明了选择压力的强度。而生物转化基因的意外发现，则将高海拔适应的研究从经典的非生物胁迫（低氧、低温）拓展到了生物互作维度（有毒食物），提示了即使在人迹罕至的环境，生态位的真实维度也可能超出研究者的预设。

以上研究中使用了易科泰同款便携式式动物呼吸代谢系统（北京易科泰生态技术有限公司为Sable Systems中国区总代理和技术服务中心，可为国内科研用户提供同款系统全套解决方案），其凭借高精度气体检测、实时数据记录、自动气压/温度/基线校正等优势，广泛应用于啮齿类、两爬、鸟类、家畜等各类动物的生理适应、比较能量代谢研究，已支撑大量高水平科研论文产出。北京易科泰可为动物生理科研工作者提供系统配置、技术支持、安装培训、实验方案定制一站式服务。

易科泰动物能量代谢测量技术方案：

易科泰动物能量代谢监测技术包括FMS/FOXBOX便携式能量代谢系统、模块式多通道动物能量代谢单元、FMS-Treadmill跑步机动物能量代谢测量模块、呼吸稳定同位素示踪能量代谢测量技术等，提供昆虫、两爬类、鸟类、啮齿动物及其它各种陆生脊椎动物和无脊椎动物呼吸代谢有关研究的配置方案，支持室内和野外测量O2、CO2、水汽、VO2max、代谢交叉、无氧阈值和疲惫时间等代谢参数，可实现动物对特定示踪营养素消耗的监测和跟踪，如用于糖代谢异常、脂代谢与能量平衡、蛋白质与氨基酸代谢、激素代谢调控等。

参考文献：

1. Schuyler Liphardt et al.Adaptation across an extreme elevational gradient in Andean leaf-eared mice, the world’s highest-dwelling mammal.Science393,eaec8347(2026).