在青藏高原旅行时,可能你会看到一群群蹦蹦跳跳的“老鼠”奔跑在草原上,它们就是萌萌哒的鼠兔,尽管当地人把它们当成“鼠类”,但实际上它们是属于“兔类”的。它们被认为是青藏高原的基石物种,是青藏高原的“精灵”,它们的存在让这块神圣的净土多了一份生机。
鼠兔是典型的草食性动物,在草原上以青草为食。虽然每只成年的鼠兔体重只有150-200g左右,但是鼠兔每天的日摄食青草量要达77.3克左右,约占自身体重的一半,56只鼠兔的日摄食量相当于1头藏绵羊的日摄食量。鼠兔洞穴可以为其它的动物提供栖息地和避难所。由于鼠兔种群密度大,数量多,所以就成为狼、藏狐等很多草原上的肉食性动物最丰富的食物资源。
鼠兔还是一群“生态系统工程师”。鼠兔擅长挖洞,通过挖洞将草原的土壤,植被等物质从一个地方移动到另外一个地方,在种群密度适中时,对环境进行了有利的改造,增加了景观多样性,促进了生态系统物质循环。
世界上现存大概有26个鼠兔物种,包括高原鼠兔、达乌尔鼠兔等。在我国,大部分鼠兔物种的种群数量较为稀有,而高原鼠兔和达乌尔鼠兔种群较为普遍,高原鼠兔主要分布在青藏高原及周边地区,是青藏高原数量最多的鼠兔物种。
那么,高原非常寒冷,而且缺氧,高原鼠兔是怎么生存下来的呢?科学家把目光投向这些小家伙们的肠胃。鼠兔是典型的草食性动物,它们依赖于消化道内的纤维素降解菌及其纤维素酶,对植物性食物进行发酵、降解,产生短链脂肪酸获得能量。
研究它们的肠道微生物,在理论上,可以解释高原鼠兔适应高海拔环境的机制,建立微观生态学和宏观生态学之间的联系;在实际应用上,可以发现新的微生物资源、基因和酶,利用微生物菌剂和酶,促进对纤维素、半纤维素等生物能源物质进行开发利用。
鼠兔的肠道微生物种类很多,在门水平上,主要包括厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、螺旋菌门(Spirochaetes)、变形菌门(Proteobacteria)等;在属水平上,鼠兔的肠道微生物主要包括普氏菌属(Prevotella)、颤螺菌属(Oscillospira)、瘤胃菌属(Ruminococcus)、密螺旋体属(Treponema)等。
这些微生物基因组含有纤维素酶、半纤维素酶及寡糖降解酶的基因,和植物多糖的降解密切相关。这些微生物促进了鼠兔对植物纤维素的降解,能够让鼠兔更加充分的利用难降解的植物多糖,获得能量。物种、食物、种群密度等都能影响鼠兔的肠道微生物。比如物种会影响鼠兔消化道微生物的类群。高原鼠兔和达乌尔鼠兔有不同的小肠、盲肠和结肠微生物群落结构。
但是不论是高原鼠兔还是达乌尔鼠兔,它们的盲肠和结肠都有着相比其他部位最高的微生物物种数,而胃和口腔含有的微生物物种数最低。微生物的物种数通常与发酵能力正相关。因此,鼠兔盲肠中微生物有较高的多样性,保证了盲肠拥有足够的食物发酵能力,促进了对难降解的植食性食物的降解和利用。
高原鼠兔主要分布在海拔3200米以上的青藏高原,处于寒冷且缺氧的极端环境;而它们的亲戚达乌尔鼠兔主要分布在1000m-1200m海拔的低海拔环境,栖息在较为温暖和适应的氧浓度环境。高原鼠兔主要生活在3200-5300米左右的青藏高原,而达乌尔鼠兔主要栖息在1000米左右的低海拔地区。
它们在几百万年前本来是同一个动物物种——始鼠兔,随着青藏高原的隆起,鼠兔种群扩散和迁徙,那些留在青藏高原的鼠兔可能部分分化为高原鼠兔,而那些扩散到内蒙古、外蒙古等地区的鼠兔部分演变为达乌尔鼠兔。这种地理隔离导致生殖隔离,最终导致了新物种的形成。高原鼠兔生活在缺氧、寒冷的高海拔环境里,需要把食物消化得更加充分,以便最高效的获取更多能量满足自身的需求。
研究发现,相比低海拔的达乌尔鼠兔,高原鼠兔的食物来源不太丰富,但是它们肠道微生物更为多样化,肠道的食物发酵能力和纤维素酶活性更强,而且肠道微生物中含有多样化的纤维素酶,这些都保证了高原鼠兔具有代谢复杂植物多糖的能力。因此,高原鼠兔通过肠道微生物降解植物性食物,获取更多的能量,来适应寒冷而且缺氧的高海拔环境。
在长期的协同进化中,这是肠道微生物帮助高原鼠兔对高海拔环境建立的“归宿感”——一种对极端环境的适应性。