由於缺乏規律的食物攝入，哺乳動物如何在冬眠期間維持生理功能一直是個謎。雖然它們可以通過貼秋膘，慢代謝的方式節約能量，但這還是不夠。更糟糕的是，冬眠導致長時間無法活動，再加上飢餓，會促使身體分解肌肉蛋白以產生能量。
而一旦肌肉蛋白被分解，肌肉萎縮也就在所難免。
那冬眠動物是如何克服這個障礙的呢？Science 上最新刊登的一項研究揭示了其中的奧妙。
鎖定氮元素流失
在肌肉蛋白被分解這個問題上，最核心的損失是氮元素的流失。
用蛋白質提供能量的同時會有副產物銨離子生成，而銨離子會進一步轉化為尿素。由於高濃度的尿素對哺乳動物的神經元有毒，因此通常隨尿液排出體外。如果任由這種流失進行下去，冬眠是難以為繼的。
對於這個問題，以松鼠為例，學術界有兩種說法。
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一種是松鼠自身具有特殊的循環機制，可以從尿素中回收氮元素。
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另一種說法是腸道的微生物可以幫助松鼠固氮。
多說無益，實踐才能出真知。
於是，蒙特利爾大學的 Regan 和同事們設計了一組實驗，以驗證腸道微生物的重要性。
腸道微生物立大功
實驗共使用了 47 只十三條紋地松鼠。研究人員將他們按季節分為三組，分別是夏季、初冬和晚冬。
他們的主要思路是模擬不同的季節環境，對比正常活動的松鼠和冬眠松鼠的各類生物指標，並用同位素標記法測量它們的尿素代謝情況。
為了對照出腸道微生物的作用，研究人員還給實驗組注射了抗生素，來清除腸道的微生物菌群。
結果發現（下圖縱軸代表尿素濃度），腸道微生物完整的一組（Intact）尿素濃度很低，而清除腸道微生物的一組（Depleted）尿素濃度很高。
不僅如此，松鼠的盲腸中也含有豐富的碳 13 代謝產物，這表明微生物已經將尿素中的碳和氮循環到自己體內代謝，再由松鼠吸收。
而且從下圖中可以看出，冬眠期間，腸道微生物代謝釋放的尿素碳比例高於夏季。
（下圖中縱軸代表盲腸內容物丰度，實心條代表腸道微生物完整，空心條代表腸道微生物被清除。實心條上面一格代表微生物釋放尿素碳的比例）
研究人員還進行了其他實驗，表明了松鼠在長時間禁食后，尿素氮的再循環達到最大。並且此時腸道中的尿素轉運蛋白丰度和微生物組中的尿素酶基因丰度也最高。
這些結果都揭示了冬眠期間腸道微生物發揮的作用。
或許後續的研究可以將這些腸道微生物分離出來，移植到其他物種中，幫助解決類似的尿素代謝和氮循環問題，幫助肌肉萎縮患者找到希望。
參考鏈接：
[1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6187
[2]https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh2950