我在青藏高原上研究动物的生理适应

                                                            王德华

初涉科学研究：1985年我从山东师范大学生物系毕业，考取了位于青海省西宁市中国科学院西北高原生物研究所动物生态学方向的研究生。研究生第二年开始研究生学位论文的课题研究，我的课题是测定两种高原小型哺乳动物代谢产热的季节性变化，一种动物是小型兔类高原鼠兔，另一种是啮齿动物根田鼠。

高原鼠兔是青藏高原的土著物种，体重在110-130克左右，主要分布在青藏高原及其与高原毗邻的地区等，一般栖息在海拔3200米到5300米之间的区域。鼠兔在分类学上属于兔形目鼠兔属鼠兔科，现在全世界生存的鼠兔种类大约有30种，在中国分布有24个种，其中12个种是特有种。除2种鼠兔分布在北美外，其余种类都分布在亚洲。鼠兔是兔类，不是鼠，由于其形态似鼠而得名。高原鼠兔是白天活动的动物，在地下挖洞穴居生活。冬天没有冬眠的习性，全年都活动。鼠兔是草食性动物。高海拔地区影响动物的生存能力和繁殖功能的两个重要环境因素是低氧和寒冷。高原鼠兔的栖息环境昼夜温差大，夏季与冬季的极端温差达80度，年均温在零度以下。根田鼠是小型啮齿动物，栖息在金露梅灌丛中，体重大约在20克左右，也是植食性，也没有发现冬季有贮存食物的习性，也是全年活动，不冬眠。

我的野外工作地点是位于青海省海北州门源县风匣口地区的中国科学院高寒草甸生态系统定位站。这个野外生态学定位观测站是中国科学院西北高原生物研究所在20世纪70年代建立的，后来成为中国科学院和全国的生态网络开放定位站，是我国定点研究生态系统结构与功能最早的定位站之一，在动物消费者亚系统的能量流动方面有突出贡献。

研究动物代谢产热有一个指标是测定动物的代谢率，一般用动物在单位时间内消耗的氧气量来表示。要测定动物的代谢率，第一个工作就是要捕获动物，动物捕获后需要在实验室内适应几天时间，然后再把动物放在测定代谢率的仪器中进行测定。

在野外捕获高原鼠兔，一般是在鼠兔活动的区域内找到一个鼠兔经常出入的洞口，把捕鼠笼放在洞口，再把方圆2米左右的所有的洞口都堵死，逼着鼠兔进鼠笼。鼠兔很聪明，对新的东西比较敏感，它们会把堵死的洞口再挖开跑出来，很少进鼠笼，这个方法捕获效率很低。藏族老乡发明了一种便捷的方法，用脖套套鼠兔。具体方法是用一根木筷子，栓一根细绳，用细绳的另一头做一个与鼠兔洞口大小相似的套圈，放在鼠兔经常出入的洞口，把筷子插入地下固定细绳，然后人躲在10米以外，静等鼠兔上套。当鼠兔活动出洞口时，鼠兔有个行为是伸出头东张西望，这样脖套就会落在脖子上，当鼠兔感觉到脖套后就会迅速返回洞里，脖套就会收紧，把鼠兔套住。这时就要快速跑过去，然后慢慢轻轻向外拉细绳，被套住的鼠兔就被拉引出洞口而被抓获。根田鼠栖息在灌丛中，一般是在捕鼠笼里面放花生米或胡萝卜作为诱饵，然后把笼子放在根田鼠日常活动的跑道上或洞道的出口处，根田鼠相对容易上钩。捕获根田鼠时，在样地里布置好鼠笼后，需要每一小时左右就要巡视一遍，如果根田鼠困在笼子里了，要及时发现和取出。在夏季中午温度会稍微高一些的时候，巡视时间间隔就需要更短一些，以免动物在笼子内被晒死。

20世纪80年代早期，当时的科研条件还很差，在野外进行动物生理学研究会遇到很大困难。举个例子，我当时测定动物的代谢率时需要称量动物的体重，我用的称量工具是中药铺里药房先生称量草药用的杆秤。后来定位站上来了一位日本学者，我第一次见到了他手里的便携式弹簧秤，可以在野外很方便地称量动物的体重。动物测定完代谢率后，需要解剖取动物的器官组织、称量重量，当时野外实验室里有一台电化学分析天平，可以精确到0.001克（千分之一），称量一个样品，需要较长的配平时间。

野外工作会有多方面的经历：野外工作会有很多经历。高原气候多变，经常狂风大作，草原上的狂风吹起来，呼啸声很大。即使在夏季也会下大雪，虽然高原上四季不分明，但有时候一天可以经历四季，一会大雪，一会儿转雨，一会冰雹，一会阳光灿烂。高原上的冬天很冷，零下二十多度，风吹到脸上跟小刀子一样。记得有一次导师带我们在冬季出野外，在野外待的时间长了点，手都冻僵了，嘴也不停使唤了，只能点头摇头呼应。中午回到定位站上吃饭的生活，冻僵的手还没有温暖过来，手也拿不住筷子，只好用整只手握着筷子，抱着碗把饭菜往嘴里扒拉。

出野外会有危险。我们坐车去定位站需要翻越大坂山，当时是盘山公路，公路很窄，险要处一边是悬崖，一边就是山石峭壁，看着头都发晕。我们平时也会遇到山体塌方大石头封路的情况。最危险的是冬天和早春，盘山公路的路面上都是冰溜子，虽然单位的老司机都有丰富的野外行车经验，但每次出行都是提心吊胆的。我们翻越大坂山的时候，也时常会看到路边的沟底里躺着翻下去的车，看见的次数多了，也不感到稀奇了。单位里的老人也经常跟我们说起他们哪一次翻车了，哪一次刹车失灵了，谁谁受伤了，包括我的导师也有一次被从车里甩出去摔伤的经历，也有被甩出车外后导致死亡的情况。

野外工作的艰苦对科研人员一般不是问题。最难熬的是野外生活很寂寞，没有文化生活，没有电视，偶尔的报刊也是一两月之前的，几乎是与世隔绝。所以当时很期待定位站上来人，一旦有人来到定位站，就会兴奋一阵子。夏季到定位站上工作的人员会多一些，研究植物和微生物的都是夏季到站上。到了11月份以后就几乎没有人到站上来了，单位的车也不怎么去站上了。当时打电话是长途电话，还需要中转，有时候好不容易接通了，对方没人接。有时候实验做完了，没有车到站上也回不了研究所。不少时候是让站上雇佣的临时工用摩托车送到门源县城，然后再乘坐长途汽车回西宁市。在野外时间久了，头发长，衣服也脏，脸被晒得黑黑的，回到西宁市跟野人似的。当然这样的条件也有好处，就是可以安心读文献，静心思考问题。

我们抓捕动物的笼子是不放在野外过夜的，傍晚需要收回，背回定位站，第二天早上再背出去，重新布置。有一次傍晚收笼子，可能是在捆笼子时用力过猛，一起身头发昏就晕倒了。也不知晕了多长时间，等醒了后，感觉身体凉凉的，两手一摸，是冰凉的草地，睁眼看四周都是黑的，天空中有星星闪烁，马上就意识到是晕倒了，晕倒的这段时间就断片了，也不知道发生了什么事情。远处有藏民家藏獒的嚎叫声，赶紧从地上爬起来，朝着有灯亮的定位站住处跑回去。

科学研究帮助我们了解大自然：青藏高原的气候特点是四季不分明，似乎只有冷季和暖季之分，科学家根据植物的物候期把季节分为草返青期（5月-6月）、草生长盛期（7-8月）、草枯黄期（9月至第二年4月）。我研究的两种哺乳动物冬季不冬眠，所以我就没有按照以前的三个物候期取样，而是设计了按月去测定和取样。这样我每个月都需要去野外捕获动物，称体重、测定代谢率、解剖动物、称量组织的重量。这样我就获得了12个月的数据，绘制了两种动物的体重、代谢率、产热和组织重量12个月的变化曲线，再结合定位站上气象站的气温等数据。就可以分析动物的代谢产热与温度的季节性变化关系。

恒温动物体温的维持主要是机体产生热量和散失热量两个过程之间的平衡。小型哺乳动物在寒冷季节需要增加产热量以抵抗严寒的胁迫，产生热量的一个重要方式是非颤抖性产热，也就是肌肉没有收缩颤抖就能产生热量，这主要得益于动物身体内有一种不同于白色脂肪组织的脂肪组织，称为褐色脂肪组织。褐色脂肪组织与白色脂肪不同，具有丰富的线粒体和毛细血管，其产热过程受交感神经支配，可以迅速产热，所以是小型哺乳动物在寒冷环境中维持体温的一种快速有效的方式。我们通过解剖发现高原鼠兔和根田鼠全年体内都有褐色脂肪组织存积，在冬季的含量会增加。通过所里的老师帮助，我做了组织学切片，在显微镜下观察褐色脂肪细胞的显微结构变化，还做了冰冻切片，这样可以观察脂肪细胞的立体结构。我当时还联系了兰州大学的电子显微镜实验室，去做了褐色脂肪组织的电镜观察，看到了褐色脂肪细胞内线粒体的形态结构和季节变化，也对线粒体的大小和线粒体内嵴的数量进行了统计等。这个过程对后来的发展有重要意义，理解了科学研究的过程，数据的获得及其数据的局限性，科学思维的训练，也感觉到大学期间学的一些知识可以直接用于科研是很兴奋的失去，更重要的是意识到知识没有止境，需要学习的新的知识和技能太多，需要了解的学科范围和理论很多很多，会进一步激发自己学习和探索的热情。

从事科学研究会有很多收获：我硕士期间的工作在国内学术期刊上（《兽类学报》发表了2篇论文，后来又把一些数据进行了综合分析，在国外学术期刊上发表了一篇英文论文。经过给学术期刊投稿，回复审稿专家的意见，根据专家意见修改论文等过程，对科研工作又会有新的认识和提高。这就是我初次开始我的科研工作的一点经历。后来我在博士阶段、博士后阶段，都是在我硕士工作的基础上，继续深入开展了相关的研究。

经过研究生阶段的训练，最大的收获是训练了科学思维和逻辑，训练了科学严谨的态度，训练了坚持不懈的毅力。任何科学结论都需要数据的支持，实验数据是严格控制获得的，但也是有实验条件的，所以科学结论是有局限性的。科学探索的过程是枯燥的，也是充满惊喜和乐趣的，实验不是一帆风顺的，很多时候实验结果与预期不一致，或者实验失败了。科学研究就是探索未知，做前人没有做过的工作，是创造新知识的过程。也体会了科学精神和科学家精神，我国著名动物生态学家夏武平先生在1986年海北高寒草甸生态系统定位站建站10周年的时候，写下了“牦牛颂”，高度赞扬了高原科学工作者的“牦牛精神”：“忍处恶劣的条件，啃食低矮的青草，提供浓郁的乳汁，充当高原的船舶，不畏艰苦，忍辱负重，不计报酬，但求贡献。这种‘牦牛精神’正是我们科技工作者的追求。”

（说明：本文是应青岛出版社科普杂志《探索号》编辑的邀请，为小朋友们写的野外科学研究的一点经历。文章的主要内容经编辑修改、删减后将在期刊的“科学现场”栏目刊出。）