不懼嚴寒和低氧的高原鼠兔

高原鼠兔是一種很像老鼠的兔子，也是一種潛在的模式動物。儘管屬兔的很多適應機制目前還不清楚，但是，它們的很多獨特生理生化特性已經讓科學家深受啟發。

鼠兔，外形像鼠卻是兔。兔形目動物有兩大類：一類是體型大的兔類；另一類是體型小的鼠兔類。鼠兔在分類學上屬於兔形目鼠兔科鼠兔屬，這個屬現今已知有26 種，除3 種分布在北美（2 種）和歐洲（1 種）外，大部分分布在亞洲的青藏高原及其毗鄰地區。

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新的實驗動物

高原鼠兔（Ochotona curzoniae）也叫黑唇鼠兔，營洞穴生活，一年四季活動，冬天不冬眠，是嚴格的素食者，主要分布在青藏高原和相鄰地區（如尼泊爾等）海拔3200～5000 米的範圍內。成年鼠兔的體重在150克左右，每年繁殖1～2 胎。

鼠兔具有體型小、繁殖率高和生長快等特點，如果鼠兔能成為實驗動物，一定有很多方便和益處。據報道，鼠兔類的實驗動物化始於20世紀20年代，最早被開發成為實驗動物的可能是日本學者開發的阿富汗鼠兔。這個模型主要用於神經生理學、毒理學、藥理學、生殖生理學、免疫學和腫瘤研究等學科領域。

我國不少學者也認識到高原鼠兔是一種潛在的模式動物，中國科學院西北高原生物研究所的研究人員在20世紀90年代前後進行了多年的實驗動物化研究。功夫不負苦心人，他們已經在青海省西寧市建立了高原鼠兔的室內繁殖種群，也獲得了一系列相關的生理學和生物化學參數，研究了鼠兔的生長發育規律、繁殖規律和飼養管理經驗等。然而很遺憾，這個實驗室內繁殖成功的實驗動物，後來沒有商業化和大量繁殖，也沒有見到利用高原屬兔模型進行的相關生物醫學研究。我在西北高原生物研究所的動物房內見過成功繁殖的白化高原鼠兔，它們非常漂亮，但是這個白化種群也沒能延續下來。可見，一個野生物種的實驗動物化是多麼艱難的工作，需要很多方面的支持，更需要科學家的努力、耐心和堅持。

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高原鼠兔的生理學特點

在高原鼠兔適應高寒環境的生理學和生物化學特徵方面已經有很多研究成果了。通過比較高原鼠兔和引入高原大白鼠的子一代在模擬海拔5000米和2300米低氧環境的低壓艙內的生理效應，我們發現大白鼠對低氧環境的變化反應強烈，出現如體重下降、脾臟增大和血紅蛋白含量增加等反應。高原鼠兔則不同，其所有變化都表現出以提高氧氣利用率為主的適應高原環境的特點，如其低氧性肺血管收縮反應鈍化，肺動脈壓不高，右心室沒有發生肥大，以及紅細胞數、血球壓積和血紅蛋白含量等也不隨海拔高度的增加而產生明顯改變等。

高原鼠兔的基礎代謝率較高，散熱率也高，但體溫也高（類似鳥類的體溫，達39℃～41℃）。也許是因為代謝水平高，所以才能保證其高體溫，由此導致散熱速率也高。動物的體溫是由熱量產生和熱量散失這兩個過程的平衡決定的，可以確定的是，產熱速率一定高於散熱速率。除了基礎代謝外，高原鼠兔還有一個重要的產熱方式——非顫抖性產熱，即不經過肌肉收縮，而是由一種被稱為褐色脂肪組織的器官產生熱量。褐色脂肪組織不同於普通的白色脂肪，脂肪細胞內具有高密度的線粒體、較多的脂肪滴和豐富的毛細血管。控制褐色脂肪組織產熱的是交感神經系統，決定產熱能力的是褐色脂肪組織細胞內線粒體內膜上的一種叫解偶聯蛋白1的分子。

高原鼠兔體內全年都有褐色脂肪組織存在，夏天含量降低，冬天增加。相應地，褐色脂肪組織線粒體內的解偶聯蛋白1及其導致的非顫抖性產熱能力也有相似的季節變化。所以，高原鼠兔有很強的抗寒能力。我在攻讀碩士學位期間，曾有過這樣一次經歷：當時要把做完代謝測定實驗的鼠兔用乙醚麻醉致死，並放在-20℃左右的冰箱里保存，第二天再帶回西寧繼續測定實驗數據。第二天一早，我打開冰箱準備取出鼠兔屍體時，卻被當時的場面驚呆了——有一隻鼠兔竟然是活蹦亂跳的！再細看，它竟然還把已經凍成冰塊的同伴屍體啃食了一大塊，可見鼠兔抵抗寒冷的生存能力有多強。同時也表明，嚴格植食性的鼠兔在極度嚴寒和食物缺乏時也會改變食性，高原屬兔的生理機能具有很強的可塑性。前幾年我們在野外用現代感測器技術檢測了高原鼠兔的體溫和環境溫度的晝夜變化，發現高原鼠兔可以在-40℃左右的嚴寒環境中維持近40℃的高體溫。

據日本學者報道，高原鼠兔的體溫具有晝夜節律性，相差0.5℃。另據相關研究，美洲鼠兔的體溫也很高，但沒有晝夜節律性；阿富汗鼠兔的體溫也沒有晝夜節律性。我們最近的研究也發現，高原鼠兔的體溫很高，但沒有檢測到明顯的晝夜節律性。高原鼠兔常年暴露在低溫環境中，不僅如此，周圍環境晝夜溫差較大，食物資源相對貧乏，生存條件嚴酷。鼠兔不具有冬眠習性，因此，保持高體溫和沒有晝夜節律性可能是一種適應策略。這樣的策略需要與其相適應的生理學基礎。調節和影響這些生理學功能的因素和機理還需要我們進一步深入了解。

我們在實驗室內的研究發現，溫度和光照對高原鼠兔的生理功能都有影響，鼠兔對溫度的反應要比對光照的反應更敏感。高原鼠兔成體體重的季節性變化不顯著，體內脂肪含量雖有季節性波動，但變化不明顯。有意思的是，脂肪分泌的血清中瘦素含量與脂肪組織含量和體重的變化趨勢一致。在寒冷的冬季，一般小型嚙齒動物(如田鼠等) 都會降低體重以減少總能量消耗；然而高原鼠兔在如此嚴酷的環境中卻能保持體重的相對穩定，其中有何奧秘？我們目前還不得而知。

野外食性研究發現，高原鼠兔喜愛吃棘豆。其他動物一般不吃棘豆，一旦誤食還會產生中毒現象。高原鼠兔有什麼特殊的解毒能力嗎？相關機理還有待研究。

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有發展前景的野生動物模型

關於鼠兔，對其了解越多，對這類動物的生理適應能力越感到驚奇。很多獨特的生理生化特性對於人類是很有啟發的，這就是能夠成為有特點的實驗動物的基礎。有研究報道，鼠兔對天然嗎啡類藥物有較強的耐受性。也有研究指出，鼠兔在排卵和著床等方面具有特殊性，即所謂的過剩排卵和過剩著床等。在高溫環境中（如30℃），鼠兔不能長期存活，高溫處理沒有檢測到熱激蛋白等保護機體免受高溫損害的分子標記成分的產生。這些特點可為神經生物學和繁殖生物學模型動物的開發提供可能。

總之，高原鼠兔是適應高原環境的土著動物，在適應機理方面，從基因、分子、器官和組織、系統等不同組織水平到整體水平，都有獨特的適應機制。儘管鼠兔的很多適應機制我們目前還沒有發現或理解，但毫無疑問，高原鼠兔，甚至鼠兔類動物，是很有發展前景的高原醫學和高原生理學等領域理想的模型動物。

(作者單位：中國科學院動物研究所)

本文轉自大自然雜誌

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