近日，一項發表於PNAS雜誌的研究詳述了大熊貓在馬糞裡打滾的奇怪癖好。這項橫跨13年的研究刨根問底，利用行為和電生理實驗，揭示了馬糞裡打滾這一行為背後的神經機制。
大熊貓喜歡用馬糞洗澡，這早已不是什麼新奇事。2007年，中國科學院動物研究所的魏輔文團隊就觀察到秦嶺大熊貓（Ailuropoda melanoleuca qinlingensis）喜歡用馬糞洗澡。這種行為也被稱作滾馬糞（horse manure rolling，簡稱HMR）。觀察到HMR行為的魏輔文對這種行為感到難以置信，於是決定在佛坪自然保護區的熊貓領地內架設紅外攝影機，記錄大熊貓的HMR行為。
結果證明，在馬糞裡打滾可不是大熊貓一時興起，沒事找事，而是一種頻繁發生的行為。光是從 2016年7月到2017年6月，攝影機就記錄下了38次HMR行為，平均每次在2分鐘以上。馬糞裡打滾可不容隨意：首先，馬糞得是新鮮的，越新鮮越好，十多天前拉下的馬糞在大熊貓眼裡就沒什麼價值了；其次，大熊貓得先聞聞這堆馬糞，再用臉頰輕掃糞堆，最後才會在馬糞中完全放縱自己——用馬糞覆蓋全身，一處都不能放過。
圖A：紅色虛線為馬糞堆，熊貓在7天老的馬糞裡打滾。
圖B：大熊貓HMR行為示意圖。HMR行為包含嗅、滾、蹭、抹四個步驟。
來源：Zhou et al., PNAS；翻譯製圖：羅丁豪
糞便可不衛生，許多致病菌和寄生蟲都可藏身其中。因此，包括人類在內的大部分動物對糞便是能躲就躲——但大熊貓明顯不在這些動物之列。京都大學的認知生態學家塞茜爾·薩拉比安（Cécile Sarabian）指出：“行為的背後是各種妥協。”她認為，在馬糞中打滾給大熊貓帶來的利處，必定大於其弊處。
魏輔文團隊自然也是這麼認為的。但HMR行為究竟給大熊貓帶來了什麼利處呢？帶著這個問題，他們決定刨根問底。
“抗冷分子”
魏博士的團隊決定從記錄到的影像開始分析，並將目光集中在了大熊貓對新鮮馬糞的偏愛上：既然大熊貓更喜歡新鮮馬糞，那麼它們跟陳舊的馬糞肯定有明顯區別。利用氣相色譜法-質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometry，簡稱氣質聯用）技術，研究團隊可以精準分析特定物質在樣本中的丰度。在馬糞的各種揮發物和半揮發物中，研究團隊透過氣質聯用注意到兩種特殊的倍半萜（sesquiterpene）類分子：β-石竹烯（β-caryophyllene，BCP），以及其氧化產物——氧化石竹烯（β-caryophyllene oxide，簡稱BCPO）。這兩種分子主要存在於植物中，在陳舊馬糞中，BCP和BCPO的水平都低至近乎無法測得，而新鮮馬糞中的BCP/BCPO含量則相對較高。
確認了BCP/BCPO的特殊性後，魏輔文團隊決定利用北京動物園內的大熊貓做實驗，來檢驗這兩種分子是否對大熊貓有獨特的吸引力。在三堆雜草上，研究人員分別抹上了BCP/BCPO、脂肪酸和純水，並靜候大熊貓的光臨。果不其然，塗抹了BCP/BCPO的雜草堆更受大熊貓歡迎，其中一隻大熊貓甚至在這堆雜草中打滾了6分鐘之久。相比之下，大熊貓與另外兩堆雜草的“互動”就短得多，平均連10秒都不到。
那麼，BCP和BCPO對大熊貓的吸引力從何而來呢？魏博士團隊發現，相比其他月份，大熊貓在11月到來年4月的HMR行為會持續更久，而這些月份的溫度通常更低。透過分析紅外攝像機記錄的環境溫度，研究團隊發現大熊貓的HMR行為只會在-5~20℃出現，其中94.7%都發生於-5~15℃間。在最冷的1月和2月初，研究人員總共觀察到了20次HMR行為，與其他時候形成了強烈對比。
左圖：大熊貓在11月到4月間呈現出頻繁的HMR行為，頻率和時長都與環境溫度相關。
右圖：BCP/BCPO塗抹的小鼠在冷板上停留的時間更長。
來源：Zhou et al., PNAS；翻譯製圖：羅丁豪
這樣看來，BCP/BCPO或許與大熊貓的溫度感覺有關——沒準，把BCP和BCPO塗在身上，能讓大熊貓感覺更暖？可是用大熊貓做實驗極其困難，要得到支援這一點的證據，魏輔文團隊還得用回生物界最常見的模式生物——小鼠。他們給小鼠提供了一熱（28℃）一冷（10℃）的2塊板子，並將BCP/BCPO塗抹在一組小鼠的前爪上，另一組則抹上了鹽水，作為對照組。小鼠的行為符合他們的假設：塗抹了BCP/BCPO的小鼠更樂意待在冷板上，而塗抹了鹽水的小鼠則喜歡待在熱板上，並經常“抱團取暖”。
從實驗結果看，BCP和BCPO對大熊貓的吸引力，估計就來自其幫助動物“抗冷”的特性。然而，魏輔文團隊決定刨根問底：BCP/BCPO的這個特性，到底從何而來？
感受溫度的關鍵
動物的面板上密佈著溫度感受器，這些感受器會表達各種各樣的受體。其中，對溫度感受至關重要的溫敏瞬時受體電位通道（thermosensitive transient receptor potential channel，簡稱thermo-TRP）會在環境中出現溫度變化時，將溫度變化轉導為電訊號，從而將外界溫度“告知”動物的中樞神經系統。例如，當外界傳來高於52℃的刺激時，TRPV2通道就會開啟，從而啟用相應的溫度感受器，向中樞神經系統傳輸“燙”的資訊。
右圖：溫敏TRP受體的敏感溫段。其中TRPV2對52℃以上溫度敏感，而TRPM8對25℃以下溫度敏感。來源：Kashio & Tominaga, Channels
大熊貓或許不熟悉高於52℃的刺激，但在-5~20℃的冬天，環境溫度可能激活了大熊貓面板上的另一種TRP受體——TRPM8。這種受體對薄荷醇（menthol）等都有反應，並負責向大腦傳達“冷”的資訊。魏輔文團隊認為，抑制TRPM8受體，可能就是BCP/BCPO對大熊貓吸引力的源頭。功能性分析結果顯示，這種猜測不無道理：BCP/BCPO確實會與大熊貓的TRPM8受體選擇性互動，而其他TRP蛋白家族的受體則不受BCP/BCPO的青睞。
要想進一步研究TRPM8和BCP/BCPO互動的特殊性，研究團隊需要儘可能清晰地記錄在與BCP/BCPO互動時，TRPM8受體的電活動。經典的膜片鉗（patch-clamp）技術提供了這樣的機會。利用單通道膜片鉗，研究人員可以記錄單個離子通道在不同情況下的狀態。他們先用薄荷醇激活了TRPM8受體，並隨後分別加入了BCPO和BCP分子。不出意料，BCP和BCPO都能抑制TRPM8受體，部分抵消了薄荷醇對該受體的啟用效應。不僅如此，這兩種分子還能抑制直接用低溫啟用TRPM8的受體。
左圖：BCPO和BCP都能部分抵消薄荷醇造成的TRPM8通道啟用。
右圖：BCPO能抵消低溫誘導的TRPM8通道啟用。
來源：Zhou et al., PNAS；翻譯製圖：羅丁豪
至此，魏輔文帶領的研究團隊終於攻破了大熊貓喜愛滾馬糞的謎團：這是一種由寒冷激發的行為，其背後的機制是新鮮馬糞中的BCP/BCPO對TRPM8受體的抑制作用。這橫跨13年的故事，展現了科學研究中的一項重要原則。正如魏輔文等人在論文中所寫，是透過將“機緣巧合”的發現，轉化為對有趣問題的“理性分析”，他們才得以闡明大熊貓獨特的HMR行為。