在多种动物中发现了一种低维度的温度控制机制

《Scientific Reports》：Discovering a low-dimensional temperature control architecture across animals

　　

摘要

冬眠是一种对极端环境季节性的适应机制，这一现象已经研究了近200年，但由于该机制的部分可观测性，我们对其背后的生理系统的理解仍然有限。在冬眠期间，像北极地松鼠这样的小型哺乳动物会出现体温的剧烈波动，这通常是唯一被测量的生理状态之一，体温波动幅度可达40摄氏度。这些体温峰值被称为“间歇性觉醒”（interbout arousals），在整个冬眠过程中通常会发生10到20次。导致这些间歇性觉醒的生理过程尚不清楚，但已有两种不同的宏观机制被提出。通过使用针对部分可观测系统的模型选择方法和经典动态系统理论，我们仅利用从自由活动的北极地松鼠身上记录的体温数据，就能够区分这两种假设，并证明我们的模型能够捕捉到观察到的季节性生理变化的总体特征。随后，我们修改了所建立的生理模型，加入了内部编码的环境信息，发现该模型能够定性匹配来自多种物种的体温数据，包括鸟类、鼩鼱和熊，这些物种同样会动态调节体温。我们的研究结果表明，可能存在一个低维的、对环境敏感的核心调节机制，能够控制多种物种的体温——这为理解不同物种之间的生理组织提供了新的视角。虽然这里的发现主要适用于热生理学领域，但这种建模方法也适用于从部分可观测的生物、化学、物理、机械和宇宙系统中收集的时间序列数据，其目的都是为了阐明这些系统的潜在机制或控制结构。