SSI兩爬動(dòng)物呼吸與能量代謝監(jiān)測系統(tǒng)落戶溫州大學(xué)

今年8月份，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司成功完成溫州大學(xué)SSI兩爬動(dòng)物呼吸與能量代謝監(jiān)測系統(tǒng)的安裝和調(diào)試，這套系統(tǒng)現(xiàn)已運(yùn)行并正式投入日常科研使用之中。

本次溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院的兩爬動(dòng)物呼吸與能量代謝監(jiān)測系統(tǒng)采用了Sable的氣體監(jiān)測、氣流控制、高通量多通道控制以及標(biāo)準(zhǔn)呼吸室（定制）等模塊，針對蜥蜴、蛇類等兩爬動(dòng)物的O2和CO2等呼吸代謝氣體進(jìn)行精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測和分析。通過模塊化和高度集成的設(shè)計(jì)，北京易科泰為研究人員提供了自由、多樣、針對性的配置方案。

對于應(yīng)用場景主要為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的客戶，可以選擇模塊式配置結(jié)構(gòu)：

a) 可選配單通道系統(tǒng)，也可選配多通道系統(tǒng)；

b) 可只選配CO2分析儀或O2分析儀，還可同時(shí)選配CO2分析儀、O2分析儀、H2O分析儀、CH4分析儀等；

c) 可通過選配高精度差分O2分析儀及高精度CO2分析儀、高精度低量程氣體抽樣控制單元，對微小動(dòng)物如蚜蟲、蚊子、土壤動(dòng)物等進(jìn)行開放式呼吸代謝實(shí)時(shí)測量；

d) 可通過選配高量程（最高可達(dá)2000L/min）氣體流量控制與抽樣系統(tǒng)，對中大型動(dòng)物進(jìn)行呼吸代謝測量；

e) 可選配溫度控制系統(tǒng)，對不同溫度條件下的動(dòng)物特別是變溫動(dòng)物的呼吸代謝進(jìn)行測量，并求出Q10；

f) 可選配氣體調(diào)控系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)控制進(jìn)入呼吸室中的O2或CO2濃度；

g) 可選配不同類型的活動(dòng)監(jiān)測單元，以對動(dòng)物活動(dòng)進(jìn)行同步化監(jiān)測并進(jìn)而分析動(dòng)物活動(dòng)與呼吸代謝的關(guān)系。

而對于需要外出監(jiān)測的研究人員，可選擇集成一體化的FMS或FOXBOX便攜式能量代謝系統(tǒng)：

其包括CO2分析儀、O2分析儀、水汽分析儀（FMS）、溫度監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、氣體抽樣單元及BaseLine/Chamber雙通道氣路切換器（FMS）等多種功能，高度集成、便于攜帶，可同時(shí)用于室內(nèi)室外等多種試驗(yàn)環(huán)境。

同樣，也可以通過給SSI便攜式能量代謝系統(tǒng)加配單獨(dú)的功能模塊以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜多樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

通過搭配專業(yè)軟件，可以查看各監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化，實(shí)現(xiàn)全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的查看、管理、下載與分析。如上圖所示，整個(gè)測量模塊十分靈敏，在設(shè)備調(diào)試期間改變進(jìn)氣源會(huì)造成數(shù)據(jù)的顯著波動(dòng)化。

應(yīng)用案例：

圖a. 根據(jù)覓食方式區(qū)分的log10 耗氧量 (VO2) 對 log10 體重 (BM) 的系統(tǒng)發(fā)育回歸 (PGLS)分析。實(shí)線和虛線表示考慮靈活 Pagel 模型 (λ = 0.517) 的每個(gè)不同因素的 PGLS 預(yù)測值。黑色圓圈代表被歸類為主動(dòng)出擊型 (ACT) 的蛇種，而伏擊型蛇種由灰色三角形表示。

圖b. 基于代表蛇中 SMR 殘差演變的最大似然標(biāo)準(zhǔn)的祖先重建以及基于 Zheng 和 Wiens的系統(tǒng)發(fā)育假設(shè)節(jié)點(diǎn)上兩種不同覓食模式的預(yù)測值。值得注意的是，Hydrophis platurus 和 Aspidites melanocephala 呈現(xiàn)出與祖先節(jié)點(diǎn)不同的覓食模式（H. platurus 為 AMB，A. melanocephala 為 ACT）。顏色條是指種間殘差值，從負(fù)值（藍(lán)色陰影 - 表示 VO2 低于預(yù)測值的預(yù)期值）到正值（紅色陰影 - 這意味著 VO2 高于預(yù)測值的預(yù)期值）。圖例中的“長度"值了數(shù)百萬年的 VO2 代謝變化。

上圖為巴西和澳大利亞的研究團(tuán)隊(duì)利用SSI兩爬動(dòng)物能量代謝監(jiān)測系統(tǒng)對“主動(dòng)出擊型"蛇類和“伏擊型"蛇類捕食過程中靜息代謝率的研究。他們對5種蝮蛇的93條個(gè)體進(jìn)行靜息代謝率的測量，同時(shí)從各種文獻(xiàn)中搜集到的74種不同蛇類的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行同一整理對比。研究發(fā)現(xiàn)，“主動(dòng)出擊型"的活躍覓食者中 SMR 的進(jìn)化率似乎高于伏擊類型的蛇類。研究人員認(rèn)為覓食模式對蛇中 SMR 的進(jìn)化有重大影響，這可能代表了一種生態(tài)生理共同適應(yīng)現(xiàn)象，因?yàn)榕c活躍的覓食者相比，伏擊獵手（低攝食率）具有較低的維持能量成本（SMR）。與伏擊蛇相比，主動(dòng)覓食蛇的較高 SMR 進(jìn)化率可能與主動(dòng)覓食者在期間活動(dòng)程度的更高異質(zhì)性有關(guān)。

北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司十多年來作為美國Sable公司中國區(qū)的合作伙伴，為國內(nèi)客戶提供各種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（及人體等）個(gè)性化的精準(zhǔn)能量代謝監(jiān)測解決方案，系統(tǒng)測量結(jié)果除了常見的實(shí)時(shí)氧氣消耗量（VO2）、二氧化碳產(chǎn)量（VCO2）、呼吸商（RQ）、產(chǎn)熱量（EE）、熱傳導(dǎo)速率（Ct）外，還可以提取研究者感興趣的其它代謝率指標(biāo)（如日代謝率DEE、最大代謝率MRmax等），以及獲得呼吸水分喪失（EWL）、能量當(dāng)量、EWL/RMR(表示肺的氧氣攝取能力)、活動(dòng)指數(shù)、致死溫度LLT等重要參數(shù)。系統(tǒng)配置方案包括便攜式能量代謝測量系統(tǒng)、模塊式能量代謝測量系統(tǒng)等，全面滿足不同動(dòng)物能量代謝測量、活動(dòng)監(jiān)測、體溫心率監(jiān)測等需求。

參考資料：

1. Stuginski, D.R., Navas, C.A., de Barros, F.C., Camacho, A., Bicudo, J., Grego, K.F., & de Carvalho, J.E. (2017). Phylogenetic analysis of standard metabolic rate of snakes: a new proposal for the understanding of interspecific variation in feeding behavior. Journal of Comparative Physiology B, 188, 315-323.