为了度过寒冬，不少哺乳动物演化出了冬眠策略，将代谢水平降至最低，甚至能达到正常水平的1%。但即使是在这段近乎静歇的时期，它们也需要蛋白质来维持基本的肌肉活动。在停止进食的情况下，它们是如何获取这些营养物质的？

在一项发表于《科学》的最新研究中，来自威斯康辛大学麦迪逊分校的研究团队从一种松鼠身上找到了答案：十三条纹地松鼠（Ictidomys tridecemlineatus）的肠道微生物能够从代谢废物尿素中，重新获取宿主可用的氮元素。

经过新陈代谢，作为构建氨基酸的关键元素，氮在动物体内以尿素的形式积累，最终作为尿液的主要成分排出体外。此前的研究已经发现，进入松鼠消化道的尿素会被肠道微生物降解，后者同样需要氮元素来合成蛋白质。但研究者希望了解的是，这些肠道微生物降解产生的氮元素中，是否有一部分会被松鼠重新利用？

为此，研究团队利用同位素示踪标记了尿素中的氮元素，随后分别在3个时间段将这些尿素注射至不同松鼠的血液中，分别是：夏季代谢活跃时、冬眠刚开始时，以及冬眠接近结束的时候。作为对照，研究人员还对其中一些松鼠使用抗生素，以大幅降低其肠道微生物的数量。

正如研究团队的预期，一些肠道微生物在降解尿素之后，将经过同位素标记的氮释放至松鼠体内。而在对照组中，肠道微生物含量很低的松鼠，肝脏和肌肉中的同位素标记也要少很多。

研究者对松鼠肠道微生物进行基因组测序后还发现，随着冬眠进程的推进，与产生脲酶（催化尿素降解的酶）相关的基因的表达上调，在冬眠尾声时最活跃。

▲借助肠道微生物，氮在松鼠体内“循环”的过程（图片来源：参考资料[1]）

此前的研究已经揭示，人类也能从尿素中重新获得可用的氮元素，只是含量比松鼠要少很多。了解冬眠状态下动物生存的方式，对于人类同样意义重大：这些机制不仅有望为肌肉萎缩患者提供治疗思路，还将为未来奔赴遥远星球的深空旅行奠定理论基础。未来，为了减轻重量、减少所需的燃料，深空旅行或许需要让宇航员处于近似冬眠的状态——只摄取少量食物、水和氧气，产生的代谢废物也随之减少。

注：原文有删减

参考资料：

[1] Matthew D. Regan et al., Nitrogen recycling via gut symbionts increases in ground squirrels over the hibernation season. Science (2022). https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh2950

[2] Microbes help hibernating animals recycle nutrients, maintain muscle through winter. Retrieved Jan. 27, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/941035