為了度過沒有食物的漫長冬季，十三條紋地松鼠可以將它們的新陳代謝速度降低到清醒狀態下的 1%，但是它們仍然需要蛋白質等重要營養物質，以便在冬眠時維持肌肉。威斯康星大學麥迪遜分校的一項新研究表明，冬眠的地松鼠從它們的內臟中的微生物中得到幫助。
這項研究於 1 月 27 日發表在《Science》期刊上，項目的共同作者、來自華盛頓大學麥迪遜分校獸醫學院的名譽教授 Hannah Carey 表示：“任何動物不運動的時間越長，骨骼和肌肉就會開始萎縮，失去質量和功能。如果沒有任何飲食中的蛋白質進入，冬眠者需要另一種方式來獲得他們的肌肉所需”。
在所有動物（包括人類）的體內，氮（氨基酸和蛋白質的重要組成部分）的一個來源是尿素（尿液的一個組成部分）。研究人員知道，進入松鼠消化道的尿素可以被一些腸道微生物分解，這些微生物也需要氮來製造它們自己的蛋白質。但是研究人員想要觀察微生物釋放出來的一些尿素氮是否也被納入了松鼠的身體。
他們在三個階段向松鼠的血液中注射了用碳和氮的可追蹤同位素製成的尿素–在夏季的活躍日子裡，在冬季冬眠的早期，以及在冬季的後期。一些松鼠還接受了抗生素治療，以殺死其腸道中的大部分微生物。正如預測的那樣，含有同位素的氮被一些降解注射尿素的腸道微生物釋放出來。
研究的共同研究者 Fariba Assadi-Porter 說：“我們跟蹤這些氮氣主要到（松鼠的）肝臟–在那裡它被用來製造許多蛋白質–還有一些到肌肉。她也是綜合生物學和該大學的核磁共振設施的科學家。我們相信我們看到同位素標記的氮分子從宿主到微生物組，然後由微生物轉化為可用的分子，然後再次回到宿主那裡，本質上是在冬眠的動物體內循環”。
研究人員觀察到兩個支持這種微生物路徑的差異。腸道微生物基本上被抗生素耗盡的松鼠，其肝臟和肌肉中的可追蹤氮元素要少得多。當研究人員對松鼠內臟中發現的微生物的基因組進行測序時，他們發現，隨着冬眠時間的延長，與一種叫做尿素酶的生產有關的基因的存在有所增加。
Hannah Carey 表示：“尿素酶不是由動物製造的。只有表達尿素酶的微生物才能夠分裂尿素分子並釋放其氮。只要有合適的微生物存在，這就是它們和宿主之間的交易–各自得到一些釋放的氮氣來渡過難關，直到冬眠結束”。