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本研究比较了雄激素代谢物按干物质（DM）和灰分-free干物质（AFDM）计量的月度变化，发现AFDM更能准确反映生理状态，尤其在春季迁徙前。体长和粪便无机物比例显著影响计量结果，为海豹生理和迁徙研究提供新方法。
大月真由子|堀本隆纪|小林基树|飯里茂彦|三谷洋子
北海道大学渔业科学研究生院，日本北海道函馆市港3-1-1，邮编041-8611
摘要
雄性动物体内雄激素水平的变化与生理和行为过程密切相关，是研究迁徙行为及生殖生理的重要指标。粪便一直是测定动物雄激素水平的有用样本。然而，以往关于春季迁徙前野生动物粪便中雄激素代谢物变化的研究并未考虑粪便的成分构成。本研究通过将雄性北方海豹的粪便雄激素代谢物水平表示为粪便干质量或无灰干质量的单位来进行比较。结果显示，无论是以干质量还是无灰干质量为单位，粪便雄激素代谢物的变化趋势均相似。4月份的雄激素代谢物水平随海豹体长的增加而升高，而5月和6月份则有所下降；当以无灰干质量为单位表示时，这种差异更为显著。通过以无灰干质量为单位测量粪便雄激素代谢物水平，我们能够捕捉到迁徙前动物生理状态的月度变化。我们的研究为海豹生理学提供了新的见解，并强调了在分析粪便代谢物时考虑粪便成分的重要性。
引言
每年迁徙的动物会调整其生理状态以最大化适应能力（Cornelius等人，2013年；Tonra等人，2013年）。雄性动物体内雄激素浓度的变化与其生理和行为过程密切相关，因为这些激素水平在繁殖季节前会升高（Mauget和Boissin，1987年；Pelletier等人，2003年）。尽管成熟个体的睾酮水平及睾丸形态存在较大差异（Hirakawa等人，2021年；Kita等人，1999年），但雄性动物的睾酮水平仍能反映其与生活史相关的迁徙生理机制（Tonra等人，2013年）。
粪便被用作血液的替代样本，用于检测类固醇激素水平，从而评估动物的繁殖状态。对于难以采集血液样本的大型野生动物而言，粪便是一种特别有用且无创的研究方法。尽管粪便中含有有机和无机物质，但粪便中类固醇代谢物的水平通常以粪便干质量（DM）为单位进行表示（Palme等人，2013年）。例如，人类粪便主要由水、细菌生物质、未消化的有机物及未消化的饮食成分组成（Rose等人，2015年）。考虑到粪便中的无机物质含量，可以更准确地表达粪便中类固醇代谢物的水平（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觅食地之间迁徙。它们具有明显的性别二态性，雄性海豹大约在8岁时性成熟并开始参与繁殖活动（Gentry，1998年）。一些性成熟的海豹会在实际繁殖季节（7月）前两个月返回繁殖地建立领地（Bigg，1986年；Gentry，1998年）。繁殖季节结束后，海豹会迁移到冬季觅食地，以多种猎物为食（Horimoto等人，2017年；Mori等人，2001年；Yonezaki等人，2008年）。在圈养条件下，海豹的血液睾酮水平及粪便雄激素代谢物（FAM）水平在繁殖季节前升高，繁殖季节后降低（Kohyama等人，1999年；大月等人，2020年）。同样，在野生海豹中，繁殖季节前的毛发睾酮水平也会升高（大月等人，2021a年）。由于年轻海豹返回繁殖地的时间晚于性成熟的海豹（Gentry，1998年），因此其生理变化（如睾酮水平）可能较为缓慢。在圈养的北方海豹中，以无灰干质量（AFDM）表示的粪便雄激素代谢物水平与采集粪便前一天测得的血清睾酮水平相关（大月等人，2020年；大月等人，2021b年）。因此，以无灰干质量表示粪便类固醇代谢物能更准确地反映个体在迁徙前的生理状态。
本研究比较了野生雄性北方海豹的FAM水平，分别以粪便干质量（DM）和无灰干质量（AFDM）为单位进行测量，以探讨如何最佳地监测春季迁徙前的FAM变化。我们预测，当粪便中含有较多无机物质时，两种测量单位之间的FAM水平差异会更大；同时，性成熟的海豹的FAM水平会高于年轻海豹，并且以无灰干质量表示FAM水平的统计功效更高。
研究方法
研究对象
2011年至2017年间，在日本北海道海域捕获了37只雄性北方海豹。这些海豹的捕获符合日本渔业机构的《海獭和海豹狩猎控制法》规定。所有海豹的体长（从鼻子到尾部）均以厘米为单位进行了测量（补充材料1）。性成熟的雄性海豹平均体长超过162厘米（Trites和Bigg，1996年）。样本制备
海豹的大肠被用于...
FAM水平与粪便中无机物质的比例
广义线性模型（GLM）显示，以无灰干质量（AFDM）和干质量（DM）表示的FAM水平差异与粪便中无机物质的比例之间存在显著相关性（F(1,35) = 34.595，p < 0.0001，图1）。该模型解释了51.7%的变异。粪便中无机物质的占比范围为5%至67%。当粪便中无机物质的比例增加时，AFDM和DM表示的FAM水平差异变得更加显著。
不同月份及体长下的FAM水平
以干质量（DM）表示的对数转换FAM水平的平均值和标准差为...
讨论
研究表明，以无灰干质量（AFDM）表示的北方海豹FAM水平能更准确地反映其迁徙前的生理状态。粪便中无机物质含量越高，FAM水平受测量单位（DM或AFDM）的影响越大。在本研究中，粪便中无机物质的占比范围为5%至67%，这一结果比圈养研究中的20%至60%的占比范围更具变异性（大月等人，2021b年）。
数据获取
数据以补充材料（补充表1和表2）的形式提供。
作者贡献声明
大月真由子：数据分析、方法论设计、初稿撰写、概念构建、实验设计、数据可视化。
堀本隆纪：方法论设计、实验实施、修订与编辑。
小林基树：概念构建、撰写、修订与编辑、方法论设计。
饭里茂彦：撰写、修订与编辑、资源协调。
三谷洋子：实验设计、研究监督、资金争取、资源协调、撰写与修订。
伦理审批
所有北方海豹的处理和采样均符合《海獭和海豹狩猎控制法》的规定。
资金支持
本研究得到了日本学术振兴会（KAKENHI）（资助编号：15H05709和16KT0140）的支持。此外，本研究还得到了日本渔业机构“有害生物渔业损害防治计划”的部分资助。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们非常感谢多年来协助采集北方海豹样本的各位学生和工作人员。同时感谢松前-樱、小熊村和日高中央地区的渔业合作社在样本采集方面的支持。感谢Morita Yuka在激素分析方面的讨论帮助，Chak Aranyakanont、Hasegawa Yuya和Tada Megumi在激素分析方面的协助，以及Hirakawa Yukino在样本制备方面的支持。
