能量代谢可塑性揭示热带蜥蜴更易遭受气候变暖威胁

作者：孙宝珺

 

动物功能响应温度变异的地理格局，可以为气候变暖背景下的动物保护提供理论依据。但如何将群体或物种水平的响应模式与个体水平的生理生化响应机制联系起来仍是一个挑战。气候变异性假说（climate variability hypothesis）预测，由于热带变温动物通过驯化响应温度变异的能力有限，它们面对气候变暖的脆弱程度将显著高于温带的变温动物。然而，作为最重要的生理功能，能量代谢的驯化响应发生在包括代谢酶、细胞，器官系统到整个有机体等多个生物层次。以往的研究主要集中在单一或少数几个层次上，这使得我们对热带和温带物种之间的代谢适应可能存在的差异机制缺乏详尽的了解。

 

 2022年2月9日，中国科学院动物研究所孙宝珺等研究人员在知名生态学期刊Ecological Monographs上在线发表题为“Higher metabolic plasticity in temperate compared to tropical lizards suggests increased resilience to climate change”的研究论文，以中国大陆分布的白条草蜥（Takydromus wolteri），北草蜥（T. septentrionalis）和南草蜥（T. sexlineatus）为研究对象，从多个层次阐明了不同纬度草蜥物种能量代谢温度驯化响应的格局和机制，并且预测热带区域的蜥蜴由于能量代谢的温度驯化响应能力有限，未来可能将遭受气候变暖的严重影响。

 

为阐明不同纬度区域外温动物的能量代谢通过驯化响应温度变异的格局与机制，孙宝珺等研究人员研究了中国大陆沿纬度梯度分布的3种草蜥物种（Takydromus）的能量代谢驯化响应能力，并且从个体水平的代谢率、器官大小、线粒体呼吸、代谢组和蛋白质组调控等多个层次上分析外温动物应对温度变异的代谢调控。与气候变异性假说相匹配，热带物种南草蜥的能量代谢驯化响应能力显著低于温带的北草蜥和白条草蜥。

 

 图1 中国大陆草蜥能量代谢的多层次驯化响应

 

然而，温带的北草蜥和白条草蜥的能量代谢调节机制存在显著差异：分布广泛的北草蜥改变了肝脏器官大小，而分布较窄的白条草蜥则依赖于线粒体、代谢酶、蛋白质组和代谢组层次的温度驯化调控。基于上述格局，研究人员预测温带物种的能量代谢的驯化响应格局和机制可能是变温动物普遍适用的，并且具有不同的生态代谢和收益。而缺乏驯化响应能力的热带物种，在气候变暖背景下将更为脆弱。因此，在气候变暖背景下，热带区域的物种应该得到更多的重视。

 

图2 中国大陆草蜥能量代谢驯化响应的代谢通路调控差异

 

该研究聚焦气候变暖前沿，结合基础科学问题，应用生理生态学的经典手段和前沿的组学方法相结合，从个体到组学的多层次揭示了中高纬度区域物种响应温度变异的格局和机制，为气候变化背景下爬行动物的保护对策提供了理论依据与科学指导。中国科学院动物研究所孙宝珺副研究员，美国加州大学伯克利分校（University of California Berkeley）Caroline Williams副教授为共同第一作者，中国科学院动物研究所杜卫国研究员为通讯作者，南京农业大学的李滕博士，中国科学院遗传与发育研究所的John Speakman研究员和金增光博士，杭州师范大学的陆洪良副教授和滁州学院的罗来高副教授等参与了此项研究工作。该研究主要得到国家自然科学基金项目（No. 31720103904, 31821001, 31870391）以及中国科学院青年创新促进会（2019085）的支持。

 

文章链接：https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ecm.1512