Variability of bioenergetic parameters in murid rodents of different ecological specialization

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The ability to adapt to extreme environmental conditions largely depends on the mobilization capabilities of the body, which are quantified in the maximum metabolic rate that the animal is able to achieve in stressful conditions. However, the ecological patterns of the variability of the maximum metabolic rate are still very poorly studied. The paper considers 12 species of small mammals inhabiting different regions of Central Asia and belonging to various ecological groups: field and pigmy mice, Dzungarian and Daurian hamsters, flat-head, Tuvan, northern, and Korean red-backed, narrow-skulled voles, steppe lemming, northern and Zaisan mole voles, in which the values of the standard, maximum metabolic rates, metabolic rate at 15 minutes of acute cold exposure, metabolic index and ability to maintain temperature homeostasis, have been estimated by the difference in body temperature before and after the cold test. The significant impact of environmental conditions on the values of metabolic and thermoregulatory parameters, which are closely interrelated, is shown. The species of open landscapes, which are active in winter and feed on high-calorie forage, demonstrated the highest cold-resistance. The least resistant to cold stress was northern mole vole, living in a relatively thermostable underground environment. At the same time, significant variability of bioenergetic characteristics within each of the ecological and phylogenetic clade was revealed.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

E. Novikov

Institute of Systematics and Ecology of Animals, SB RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: eug-nov5@yandex.ru
Ресей, Frunze str., 11, Novosibirsk, 630091

I. Vasiliev

Institute of Systematics and Ecology of Animals, SB RAS

Email: eug-nov5@yandex.ru
Ресей, Frunze str., 11, Novosibirsk, 630091

P. Zadubrovsky

Institute of Systematics and Ecology of Animals, SB RAS

Email: eug-nov5@yandex.ru
Ресей, Frunze str., 11, Novosibirsk, 630091

I. Zadubrovskaya

Institute of Systematics and Ecology of Animals, SB RAS

Email: eug-nov5@yandex.ru
Ресей, Frunze str., 11, Novosibirsk, 630091

L. Matskalo

Institute of Systematics and Ecology of Animals, SB RAS

Email: eug-nov5@yandex.ru
Ресей, Frunze str., 11, Novosibirsk, 630091

E. Novikova

Institute of Systematics and Ecology of Animals, SB RAS

Email: eug-nov5@yandex.ru
Ресей, Frunze str., 11, Novosibirsk, 630091

D. Petrovsky

Institute of Systematics and Ecology of Animals, SB RAS

Email: eug-nov5@yandex.ru
Ресей, Frunze str., 11, Novosibirsk, 630091

Әдебиет тізімі

  1. Воронцов Н.Н., 1982. Фауна СССР. Млекопитающие. Низшие хомякообразные мировой фауны. Т. III. Вып. 6. Л.: Наука. 505 с.
  2. Громов В.С., 2008. Пространственно-этологическая структура популяций грызунов. М.: Т-во науч. изд. КМК. 581 с.
  3. Громов И.М., Поляков И.Я., 1977. Фауна СССР. Млекопитающие. Полевки. Т. III. Вып. 8. Л.: Наука. 504 с.
  4. Литвинов Ю.Н., Абрамов С.А., Лопатина Н.В., Чертилина О.В., 2014. Скальные полевки в сообществах грызунов горных ландшафтов Сибири, Казахстана и Монголии // Вестн. ТвГУ. Сер. Биология и экология. № 4. С. 123–132.
  5. Мазина Н.К., 2005. О структуре энергообеспечения тканевой адаптации мелких млекопитающих разной экологической специализации // Экология. № 6. С. 466–473.
  6. Мазина Н.К., 2006. Влияние пессимума ареала на функциональную активность митохондрий печени двух видов мелких млекопитающих разной экологической специализации // Журн. эвол. биохимии и физиологии. Т. 42. № 4. С. 313–320.
  7. Новиков Е.А., 2007. Экономия ресурсов как основа адаптаций обыкновенной слепушонки (Ellobius talpinus: Rodentia) к подземному образу жизни // Журн. общ. биологии. Т. 68. № 4. С. 268–277.
  8. Новиков Е.А., Демченко Е.Е., Задубровская И.В., Задубровский П.А., Мацкало Л.Л. и др., 2022. От чего зависит продолжительность жизни вида? // Журн. общ. биологии. Т. 83. № 6. С. 403–418.
  9. Новиков Е.А., Кондратюк Е.Ю., Петровский Д.В., 2015. Влияние типа онтогенеза на биоэнергетические показатели красной полевки (Myodes rutilus Pall.) из горно-таежной популяции юга Западной Сибири // Экология. № 5. C. 387–391.
  10. Павлинов И.Я., Лисовский А.А., 2012. Млекопитающие России. Систематико-географический справочник. М.: Т-во науч. изд. КМК. 604 с.
  11. Поликарпов И.А., Кондратюк Е.Ю., Петровский Д.В., Новиков Е.А., 2016. Межпопуляционная изменчивость эндокринно-метаболической реакции на холодовой стресс у красной полевки (Myodes rutilus) // Журн. общ. биологии. Т. 77. № 4. С. 284–292.
  12. Феоктистова Н.Ю., 2008. Хомячки рода Phodopus. Систематика, филогеография, экология, физиология, поведение, химическая коммуникация. М.: Т-во науч. изд. КМК. 414 с.
  13. Юдин Б.С., Галкина Л.И., Потапкина А.Ф., 1979. Млекопитающие Алтае-Саянской горной страны. Новосибирск: Наука. 296 с.
  14. Auer S.K., Killen S.S., Rezende E.L., 2017. Resting vs. active: A meta‐analysis of the intra‐and inter‐specific associations between minimum, sustained, and maximum metabolic rates in vertebrates // Funct. Ecol. V. 31. № 9. P. 1728–1738.
  15. Bennett A.F., Ruben J.A., 1979. Endothermy and activity in vertebrates // Science. V. 206. № 4419. P. 649–654.
  16. Bozinovic F., Rosenmann M., 1989. Maximum metabolic rate of rodents: physiological and ecological consequences on distributional limits // Funct. Ecol. V. 3. № 2. P. 173–181.
  17. Careau V., 2013. Basal metabolic rate, maximum thermogenic capacity and aerobic scope in rodents: Interaction between environmental temperature and torpor use // Biol. Lett. V. 9. № 2. https://doi.org/10.1098/rsbl.2012.1104
  18. Garland T., Jr., Harvey P.H., Ives A.R., 1992. Procedures for the analysis of comparative data using phylogenetically independent contrasts // Syst. Biol. V. 41. № 1. P. 18–32.
  19. Genoud M., Isler K., Martin R.D., 2018. Comparative analyses of basal rate of metabolism in mammals: data selection does matter // Biol. Rev. V. 93. № 1. P. 404–438.
  20. Hayes J.P., 1989. Field and maximal metabolic rates of deer mice (Peromyscus maniculatus) at low and high altitudes // Physiol. Zool. V. 62. № 3. P. 732–744.
  21. Hayes J.P., Garland T., Jr., 1995. The evolution of endothermy: Testing the aerobic capacity model // Evolution. V. 49. № 5. P. 836–847.
  22. Hayes J.P., O’Connor C.S., 1999. Natural selection on thermogenic capacity of high‐altitude deer mice // Evolution. V. 53. № 4. P. 1280–1287.
  23. Hoppeler H., Weibel E.R., 1998. Limits for oxygen and substrate transport in mammals // J. Exp. Biol. V. 201. № 8. P. 1051–1064.
  24. Koteja P., 2004. The evolution of concepts on the evolution of endothermy in birds and mammals // Physiol. Biochem. Zool. V. 77. № 6. P. 1043–1050.
  25. Koteja P., Weiner J., 1993. Mice, voles and hamsters: Metabolic rates and adaptive strategies in muroid rodents // Oikos. V. 66. P. 505–514.
  26. Kryštufek B., Shenbrot G., 2022. Voles and Lemmings (Arvicolinae) of the Palaearctic Region. Maribor: University of Maribor, Univ. Press. 450 p.
  27. Lovegrove B.G., 2003. The influence of climate on the basal metabolic rate of small mammals: A slow-fast metabolic continuum // J. Comp. Physiol. B. V. 173. P. 87–112.
  28. Luna F., Naya H., Naya D.E., 2017. Understanding evolutionary variation in basal metabolic rate: An analysis in subterranean rodents // Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. V. 206. P. 87–94.
  29. McNab B.K., 1980. On estimating thermal conductance in endotherms // Physiol. Zool. V. 53. № 2. P. 145–156.
  30. McNab B.K., 1992. The comparative energetics of rigid endothermy: The Arvicolidae // J. Zool. V. 227. № 4. P. 585–606.
  31. McNab B.K., 2008. An analysis of the factors that influence the level and scaling of mammalian BMR // Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. V. 151. № 1. P. 5–28.
  32. Moshkin M.Р., Novikov E.A., Kolosova I.E., Novikova M., Surov A.V., et al., 2002. Adrenocortical and bioenergetic responses to cold in five species of murine rodent // J. Mammal. V. 83. № 2. P. 458–466.
  33. Moshkin M.P., Novikov E.A., Petrovski D.V., 2001. Seasonal changes of thermoregulation in the mole vole Ellobius talpinus // Physiol. Biochem. Zool. V. 74. № 6. P. 869–875.
  34. Moshkin M., Novikov E., Petrovski D., 2007. Skimping as an adaptive strategy in social fossorial rodents: The mole vole (Ellobius talpinus) as an example // Subterranean Rodents. News from Underground. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag. P. 49–60.
  35. Naya D.E., Spangenberg L., Naya H., Bozinovic F., 2013. How does evolutionary variation in basal metabolic rates arise? A statistical assessment and a mechanistic model // Evolution. V. 67. № 5. P. 1463–1476.
  36. Novikov E., Kondratuk E., Petrovski D., Krivopalov A., Moshkin M., 2015. Effects of parasites and antigenic challenge on metabolic rates and thermoregulation in northern red-backed voles (Myodes rutilus) // Parasitol. Res. V. 114. № 12. P. 4479–4486.
  37. Novikov E.A., Lopatina N.V., Titova T.V., Zadubrovskiy P.A., Litvinov Yu.N., 2022. Physical condition, activity, and longevity of two rock vole species: Alticola tuvinicus and A. strelzovi // Proc. Zool. Soc. V. 75. № 1. P. 103–110.
  38. Packard G.C., Boardman T.J., 1999. The use of percentages and size-specific indices to normalize physiological data for variation in body size: wasted time, wasted effort? // Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. V. 122. № 1. P. 37–44.
  39. Painter P.R., 2005. Allometric scaling of the maximum metabolic rate of mammals: oxygen transport from the lungs to the heart is a limiting step // Theor. Biol. Med. Model. V. 2. https://doi.org/10.1186/1742-4682-2-31
  40. Powell F.L., Garcia N., 2000. Physiological effects of intermittent hypoxia // High Alt. Med. Biol. V. 1. № 2. P. 125–136.
  41. Rezende E.L., Bozinovic F., Garland T., Jr., 2004. Climatic adaptation and the evolution of basal and maximum rates of metabolism in rodents // Evolution. V. 58. № 6. P. 1361–1374.
  42. Rosenmann M., Morrison P.R., 1974. Maximum oxygen consumption and heat loss facilitation in small homeotherms by HeO2 // Am. J. Physiol. V. 226. P. 490–495.
  43. Wade G.N., Schneider J.E., 1992. Metabolic fuels and reproduction in female mammals // Neurosci. Biobehav. Rev. V. 16. № 2. P. 235–272.
  44. Weiner J., Górecki A., 1981. Standard metabolic rate and thermoregulation of five species of Mongolian small mammals // J. Comp. Physiol. V. 145. № 1. P. 127–132.
  45. Zhao Z.J., Cao J., Meng X.L., Li Y.B., 2010. Seasonal variations in metabolism and thermoregulation in the striped hamster (Cricetulus barabensis) // J. Therm. Biol. V. 35. № 1. P. 52–57.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Standard metabolic residuals (SMR, mean ± standard error) in 12 species of mouse-like rodents. Here and in Figs. 2–4, values ​​that differ significantly from each other (Tukey HSD test; P < 0.05) are marked with different letters.

Жүктеу (174KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Residual values ​​of maximum metabolism (Msum, mean ± standard error) in 12 species of mouse-like rodents.

Жүктеу (198KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Factorial metabolic index (FAS, decimal logarithm) values ​​in 12 species of mouse-like rodents.

Жүктеу (216KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Body temperature drop (ΔTb) after a 15-minute cold test in 12 species of mouse-like rodents.

Жүктеу (206KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Relationship between standard (SMR) and maximum (Msum) exchange.

Жүктеу (205KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Relationship between the drop in body temperature and oxygen consumption at 15 minutes of the test (VO2last) in 12 species of mouse-like rodents. The approximating regression line is shown.

Жүктеу (130KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».