【繽紛生態】可愛的大熊貓動作慢,原來是因為代謝慢

大熊貓。圖片來源:wiki
大熊貓。圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

胖胖的大熊貓(Ailuropoda melanoleuca)有著黑白兩色的毛外套,加上憨態可掬的動作,真是十分惹人喜歡!筆者曾在加州聖地牙哥旅居三年,當地的動物園有大熊貓,也是人氣動物。每天只開放數小時參觀,往往在幾小時之前,熊貓館便已經大排長龍;幸好筆者並非大熊貓迷,所以每次去都只是「路過」。

由於大熊貓是熊科裡唯一的素食者,牠與眾不同的生活形態,使得牠在過去曾被歸類為熊科(Ursidae)、浣熊科(Procyonidae)、熊貓科(Ailuridae),最後才被劃為熊科、貓熊屬。大熊貓99%的食物是竹子,其他1%則是蜂蜜、蛋、魚、蕃薯、樹葉、柑橘類以及香蕉等(參1)。根據研究,大熊貓大約七百萬年前開始嘗試竹子的滋味,雖然不是「一試成主顧」,但是到了兩百四十萬到兩百萬年前,大熊貓就成了竹子的鐵粉。

但是科學家們發現,大熊貓實在是吃得也太多了。牠每天要花十四個小時吃東西,吃進十二點五公斤的食物。吃那麼多,怎麼不會胖呢?研究發現,雖然吃這麼多,但是大熊貓只能從中得到20%的養分(參2)。也就難怪要吃那麼多了!

不過,科學家們更好奇的事情是:如果大熊貓能夠如牛、羊那樣的消化食物的話,其實牠就不用整天吃個不停、吃那麼多。說到底,大熊貓不是已經吃了幾百萬年的竹子了嗎?

研究結果發現,其實大熊貓還挺慘的,雖然已經啃了幾百萬年的竹子,但是牠沒有牛的四個胃、也沒有其他食草類的長長的前腸(foregut)或後腸(hindgut),讓纖維素可以在消化道中停留久一點好讓腸內菌進行發酵作用;而且牠也不會製造消化纖維素的酵素(參3)。

不過,提到腸內菌,就讓科學家們不由得想:會不會牠的腸子雖然短,但是有一群「地表最佳組合」的腸內菌,所以一點都不用擔心消化問題呢?

結果也不是。科學家們在大熊貓腸子裡找到了厚壁菌門(Firmicutes)與變形菌門(Proteobacteria)的菌,這兩大類就幾乎佔了99%大熊貓的腸內菌。分析這些菌的種類,發現最多的是大腸桿菌屬/志賀菌屬(Echerichia/Shigella)、克雷白氏菌屬(Klebsiella)以及鏈球菌屬(Streptococcus)等。至於食草類腸道中常見的細菌,如Bacteroidales、梭狀芽胞桿菌綱(Clostridiales)、纖維桿菌門(Fibrobacterales)以及螺旋體門(Spirochaetales)等,在大熊貓腸內都很少或甚至沒有(參3)。

所以,所有的研究成果都指向:大熊貓吃得多、消化吸收得少;但是算一算,即使吃那麼多,以牠的體型來看,其實還是不夠。那麼,到底大熊貓怎麼活下來的呢?

結合了蘇格蘭與中國的一群學者所組成的研究團隊發現,原來大熊貓吸收那麼少還能活下來的原因是:與同樣大小的哺乳動物相比,他們的器官比較小(參4)。我們身體的器官,並不是每一個都消耗一樣的能量:最耗能的器官包括了肝、腦、腎以及心臟。結果,大熊貓的腦,只有同樣大小的哺乳動物的82.5%,肝則只有62.8%,腎則是74.5%。

另外,大熊貓的靜息代謝率(resting metabolic rate)也低(比冬眠的黑熊還低),而這麼低的靜息代謝率是因為,大熊貓分泌的甲狀腺素比其他哺乳動物少。T4只有46.9%,T3也只有64%。這麼低的甲狀腺素分泌,是因為大熊貓體內負責合成甲狀腺素的基因之一,稱為DUOX2(dual oxidase 2),已經因為突變而失去功能;於是所有的大熊貓都變成「甲狀腺功能低下」(hypothyroidism)了。

或許是因為甲狀腺功能低下,研究團隊觀察,圈養的大熊貓只有33%的時間在活動;野生的大熊貓,因為要找食物,活動的時間稍微高一點,大約是49%。但是他們走動的速度真的很慢!找食物或吃東西時,移動的速度大約是每小時15.5公尺(天啊...),而不找食物的時候快一點,大概是每小時26.9公尺。

因此,大熊貓跟同樣大小的哺乳動物相比,每天消耗的能量只有他們的37.7%(圈養)或45%(野生)。這樣低的能量消耗,大概跟三趾樹懶差不多,比無尾熊和針鼴都低呢!

所以,真的是萬事萬物都有它的道理在!既然無法從食物中取得足夠的養分,就演化出使用更少的養分,來解決生存的困境;想想真的是非常有意思呢!

參考文獻:
1. Zhang J. et. al., 2010. Pseudogenization of the umami taste receptor gene Tas1r1 in the giant panda coincided with its dietary switch to bamboo. Mol. Biol. Evol. 27(12):2669-2673.
2. Zheng Y., Zhong Y. et. al., 2011. Why does the giant panda eat bamboo? A comparative analysis of appetite-reward-related genes among mammals. PLoS ONE. 6(7):e22602.doi:10.1371/journal.pone.0022602
3. Zhang Z. et. al., 2015. The bamboo-eating giant panda harbors a carnivore-like gut microbiota, with excessive seasonal variations. mBio. 6(3):e00022-15. doi:10.1128/mBio.00022-15.
4. Wei F. et. al., 2015. Exceptionally low daily energy expenditure in the bamboo-eating giant panda. Science. 349(6244):171-174.

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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