《Journal of Experimental Marine Biology and Ecology》：Faecal inorganic matter affects androgen metabolite levels in seals before migration
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本研究比較了雄激素代謝物按干物質（DM）和灰分-free干物質（AFDM）計量的月度變化，發現AFDM更能準確反映生理狀態，尤其在春季遷徙前。體長和糞便無機物比例顯著影響計量結果，為海豹生理和遷徙研究提供新方法。
大月真由子|堀本隆紀|小林基樹|飯里茂彥|三谷洋子
北海道大學漁業科學研究生院，日本北海道函館市港3-1-1，郵編041-8611
摘要
雄性動物體內雄激素水平的變化與生理和行為過程密切相關，是研究遷徙行為及生殖生理的重要指標。糞便一直是測定動物雄激素水平的有用樣本。然而，以往關于春季遷徙前野生動物糞便中雄激素代謝物變化的研究并未考慮糞便的成分構成。本研究通過將雄性北方海豹的糞便雄激素代謝物水平表示為糞便干質量或無灰干質量的單位來進行比較。結果顯示，無論是以干質量還是無灰干質量為單位，糞便雄激素代謝物的變化趨勢均相似。4月份的雄激素代謝物水平隨海豹體長的增加而升高，而5月和6月份則有所下降；當以無灰干質量為單位表示時，這種差異更為顯著。通過以無灰干質量為單位測量糞便雄激素代謝物水平，我們能夠捕捉到遷徙前動物生理狀態的月度變化。我們的研究為海豹生理學提供了新的見解，并強調了在分析糞便代謝物時考慮糞便成分的重要性。
引言
每年遷徙的動物會調整其生理狀態以最大化適應能力（Cornelius等人，2013年；Tonra等人，2013年）。雄性動物體內雄激素濃度的變化與其生理和行為過程密切相關，因為這些激素水平在繁殖季節前會升高（Mauget和Boissin，1987年；Pelletier等人，2003年）。盡管成熟個體的睪酮水平及睪丸形態存在較大差異（Hirakawa等人，2021年；Kita等人，1999年），但雄性動物的睪酮水平仍能反映其與生活史相關的遷徙生理機制（Tonra等人，2013年）。
糞便被用作血液的替代樣本，用于檢測類固醇激素水平，從而評估動物的繁殖狀態。對于難以采集血液樣本的大型野生動物而言，糞便是一種特別有用且無創的研究方法。盡管糞便中含有有機和無機物質，但糞便中類固醇代謝物的水平通常以糞便干質量（DM）為單位進行表示（Palme等人，2013年）。例如，人類糞便主要由水、細菌生物質、未消化的有機物及未消化的飲食成分組成（Rose等人，2015年）。考慮到糞便中的無機物質含量，可以更準確地表達糞便中類固醇代謝物的水平（Ganswindt等人，2012年；大月等人，2021b年；Patel等人，2021年）。
北方海豹（Callorhinus ursinus）每年在夏季繁殖地和冬季覓食地之間遷徙。它們具有明顯的性別二態性，雄性海豹大約在8歲時性成熟并開始參與繁殖活動（Gentry，1998年）。一些性成熟的海豹會在實際繁殖季節（7月）前兩個月返回繁殖地建立領地（Bigg，1986年；Gentry，1998年）。繁殖季節結束后，海豹會遷移到冬季覓食地，以多種獵物為食（Horimoto等人，2017年；Mori等人，2001年；Yonezaki等人，2008年）。在圈養條件下，海豹的血液睪酮水平及糞便雄激素代謝物（FAM）水平在繁殖季節前升高，繁殖季節后降低（Kohyama等人，1999年；大月等人，2020年）。同樣，在野生海豹中，繁殖季節前的毛發睪酮水平也會升高（大月等人，2021a年）。由于年輕海豹返回繁殖地的時間晚于性成熟的海豹（Gentry，1998年），因此其生理變化（如睪酮水平）可能較為緩慢。在圈養的北方海豹中，以無灰干質量（AFDM）表示的糞便雄激素代謝物水平與采集糞便前一天測得的血清睪酮水平相關（大月等人，2020年；大月等人，2021b年）。因此，以無灰干質量表示糞便類固醇代謝物能更準確地反映個體在遷徙前的生理狀態。
本研究比較了野生雄性北方海豹的FAM水平，分別以糞便干質量（DM）和無灰干質量（AFDM）為單位進行測量，以探討如何最佳地監測春季遷徙前的FAM變化。我們預測，當糞便中含有較多無機物質時，兩種測量單位之間的FAM水平差異會更大；同時，性成熟的海豹的FAM水平會高于年輕海豹，并且以無灰干質量表示FAM水平的統計功效更高。
研究方法
研究對象
2011年至2017年間，在日本北海道海域捕獲了37只雄性北方海豹。這些海豹的捕獲符合日本漁業機構的《海獺和海豹狩獵控制法》規定。所有海豹的體長（從鼻子到尾部）均以厘米為單位進行了測量（補充材料1）。性成熟的雄性海豹平均體長超過162厘米（Trites和Bigg，1996年）。樣本制備
海豹的大腸被用于...
FAM水平與糞便中無機物質的比例
廣義線性模型（GLM）顯示，以無灰干質量（AFDM）和干質量（DM）表示的FAM水平差異與糞便中無機物質的比例之間存在顯著相關性（F(1,35) = 34.595，p < 0.0001，圖1）。該模型解釋了51.7%的變異。糞便中無機物質的占比范圍為5%至67%。當糞便中無機物質的比例增加時，AFDM和DM表示的FAM水平差異變得更加顯著。
不同月份及體長下的FAM水平
以干質量（DM）表示的對數轉換FAM水平的平均值和標準差為...
討論
研究表明，以無灰干質量（AFDM）表示的北方海豹FAM水平能更準確地反映其遷徙前的生理狀態。糞便中無機物質含量越高，FAM水平受測量單位（DM或AFDM）的影響越大。在本研究中，糞便中無機物質的占比范圍為5%至67%，這一結果比圈養研究中的20%至60%的占比范圍更具變異性（大月等人，2021b年）。
數據獲取
數據以補充材料（補充表1和表2）的形式提供。
作者貢獻聲明
大月真由子：數據分析、方法論設計、初稿撰寫、概念構建、實驗設計、數據可視化。
堀本隆紀：方法論設計、實驗實施、修訂與編輯。
小林基樹：概念構建、撰寫、修訂與編輯、方法論設計。
飯里茂彥：撰寫、修訂與編輯、資源協調。
三谷洋子：實驗設計、研究監督、資金爭取、資源協調、撰寫與修訂。
倫理審批
所有北方海豹的處理和采樣均符合《海獺和海豹狩獵控制法》的規定。
資金支持
本研究得到了日本學術振興會（KAKENHI）（資助編號：15H05709和16KT0140）的支持。此外，本研究還得到了日本漁業機構“有害生物漁業損害防治計劃”的部分資助。
利益沖突聲明
作者聲明不存在可能影響本研究結果的已知財務利益或個人關系。
致謝
我們非常感謝多年來協助采集北方海豹樣本的各位學生和工作人員。同時感謝松前-櫻、小熊村和日高中央地區的漁業合作社在樣本采集方面的支持。感謝Morita Yuka在激素分析方面的討論幫助，Chak Aranyakanont、Hasegawa Yuya和Tada Megumi在激素分析方面的協助，以及Hirakawa Yukino在樣本制備方面的支持。
