出品：科普中国

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作者: 冰冰棒（中国科学院动物研究所）

监制：中国科普博览

一年四季变化多端，春天气温回暖，夏天酷暑炎热，秋天气温转凉，冬天寒冷刺骨。我们之所以能够体会这四时之景的不同，是因为地球的自转和公转导致了光照、降水、温度等的年度变化，产生了这分明的四季。

（图片来源：Veer图库）

“春天来了，万物复苏，又到了动物交配的季节……”

这是常常出现在《动物世界》里的一句话。随着天气逐渐变暖，好像万物都开始恢复了生机。为什么不同季节，动物们的活动有所不同呢？

为了适应不同季节环境的变化，生活在温带和寒带的哺乳动物在长期的进化过程中逐渐形成了一系列与外界环境变化同步的季节性生理特点，及时地感知与预测环境变化并对其做出适当的响应，迎合生存资源丰富与匮乏的周期性交替。

其中繁殖行为作为一个高耗能的生理行为，自然也是被限制在每年的特定时段，这也就产生了小型动物中典型的季节性繁殖现象。

而光周期又是各种环境因子当中随周期性变化最为稳定的一个环境因子,因此也成为了动物预测环境变化的最主要依据。也就是说动物能够通过感知外界明暗的长短来感知季节的变化,从而在合适的季节调节身体状态到一个适合进行繁殖的状态。

（图片来源：Veer图库）

春夏季繁殖的田鼠

不知道你有没有发现，一些小动物总是喜欢在温暖的季节出动，其实相对温暖的时期，也许正巧是它们的繁殖期。

以分布于内蒙古草原的布氏田鼠为例，作为一个典型的野生鼠种，它的繁殖期在日长逐渐变长的春夏季（3—9月份）开始, 到秋冬季节的时候结束，这种一年当中只在特定季节进行繁殖的特点就叫做季节性繁殖。那么这种季节性繁殖是怎样被光周期调控的呢？

中国科学院动物研究所的张知彬研究员团队近日发现，肠道微生物在布氏田鼠的季节性繁殖中起着至关重要的作用。

其发表在微生物学期刊《Microbiome》上的一篇题为“Gut microbiota is associated with the effect of photoperiod on seasonal breeding in male Brandt’s voles (Lasiopodomys brandtii)”的文章表明，光周期能够通过影响田鼠肠道中微生物菌群（肠道微生物是指在动物的肠道中存在的数量庞大的微生物,这群微生物在动物的肠道中生活,同时帮助寄主动物完成多种生理生化功能）的种类，作用在HPG轴-褪黑素-Kisspeptin/GPR54这一系统，从而完成对布氏田鼠季节性繁殖的调控。

（图片来源：Veer图库）

团队通过在室内人为的操纵光周期长短，测定了在不同光周期下，布氏田鼠的身体状态特征。

结果表明，暴露在短光周期下的布氏田鼠不仅体重增长变缓，其性腺（睾丸和附睾）的重量也会显著降低、与繁殖有关的激素（如促卵泡激素、促黄体生成素和睾酮）水平和有关基因（如Dio2、Rfrp-3，Kiss-1和GPR54）的表达水平也都显著降低，这些都可以看做是繁殖能力下降的一种表现。

这些数据表明了布氏田鼠在长光周期下的繁殖能力要优于短光周期下生活的田鼠，这也解释了为什么在3—9月份这一较长光周期的时间段内，田鼠的繁殖行为最多。

不同季节光周期的影响

从上面的研究，我们知道了光周期会影响到体内的微生物类群。那具体微生物类群是怎么受影响的呢？

研究团队测定了不同光周期下田鼠的肠道微生物的组成成分与结构，结果发现光周期确实是决定了田鼠在肠道中的微生物类群。

科研人员发现，生活在短光周期下的田鼠与生活在长光周期下的田鼠在肠道微生物成分上表现出显著差异，并且将长、短光周期生活的布氏田鼠的粪便进行移植后，发现原本在短光周期下生活的田鼠在接受了在长光周期中生活的田鼠的粪便移植后，其体内3个与繁殖相关的激素（褪黑激素、促卵泡激素和促黄体生成素）水平和3个与繁殖相关的基因（下丘脑Kiss-1、睾丸Dio3和Dio2/Dio3比值）水平都变得和长光周期下生活的田鼠的相关水平一致。

这就证明了光周期确实会影响肠道微生物的构成，而肠道微生物的构成又进一步影响了动物的繁殖能力。肠道微生物的变化，影响到不仅仅是动物的繁殖能力。此外，上述这种肠道微生物的移植也改变了布氏田鼠的活动节律，接受了长光周期生活的田鼠的微生物移植后，原本在短光周期下生活的田鼠的活动节律变得和长光周期下生活的田鼠一致。这说明肠道微生物除了会影响动物的繁殖性能，还会影响动物的活动节律。

（图片来源：Veer图库）

通过以上几个实验，科研人员们几乎可以确定，外界环境中的光周期能够显著影响动物的肠道微生物类群，而肠道微生物类群的这种改变又通过作用于HPG轴—褪黑激素—下丘脑中Kisspeptin/GPR54的系统来决定了动物体内的繁殖性能，最终形成了繁殖性能与光周期密切相关的这么一个现象。

季节性变化研究的启示

研究不同季节光周期的变化，不仅给我们解释了为什么鼠类的繁殖会具有明显的季节性特点，还在害虫防治、家畜育种和人类健康管理方面都给出了重要的理论性指导。

例如，经过特定的短光周期暴露后的肠道微生物群能够使宿主更容易进入睡眠，这对改善一些入睡困难患者的睡眠问题或者经常旅行出差的人的时差问题都会有很大的益处。

此外林业或农业部门可以利用经过特定短光周期暴露的微生物群来减缓有害啮齿类动物的繁殖，避免害虫害鼠出现过大的种群数量，从而达到控制鼠害的目的。

另外，许多农场里家畜的繁殖性能也在很大程度上受到光周期的影响(如马和驴更喜欢在长光周期下进行繁殖，而羊和骆驼更喜欢在短光周期下进行繁殖)。因此，养殖户们也可以使用特定光周期暴露后的微生物群来调控家畜的繁殖，收获到更大的经济效益。

编辑：郭雅欣