Diet, cellular, and systemic homeostasis control the cycling of potassium stable isotopes in endothermic vertebrates

营养水平 平衡 稳定同位素比值 同位素 脊椎动物 化学 生物 生物物理学 内分泌学 生物化学 生态学 量子力学 基因 物理
作者
Théo Tacail,Jamie Lewis,Marcus Clauss,C. D. Coath,R. P. Evershed,Emmanuelle Albalat,Thomas E. Elliott,Thomas Tütken
出处
期刊:Metallomics [Oxford University Press]
卷期号:15 (11)
标识
DOI:10.1093/mtomcs/mfad065
摘要

Abstract The naturally occurring stable isotopes of potassium (41K/39K, expressed as δ41K) have the potential to make significant contributions to vertebrate and human biology. The utility of K stable isotopes is, however, conditioned by the understanding of the dietary and biological factors controlling natural variability of δ41K. This paper reports a systematic study of K isotopes in extant terrestrial endothermic vertebrates. δ41K has been measured in 158 samples of tissues, biofluids, and excreta from 40 individuals of four vertebrate species (rat, guinea pig, pig and quail) reared in two controlled feeding experiments. We show that biological processing of K by endothermic vertebrates produces remarkable intra-organism δ41K variations of ca. 1.6‰. Dietary δ41K is the primary control of interindividual variability and δ41K of bodily K is +0.5–0.6‰ higher than diet. Such a trophic isotope effect is expected to propagate throughout trophic chains, opening promising use for reconstructing dietary behaviors in vertebrate ecosystems. In individuals, cellular δ41K is related to the intensity of K cycling and effectors of K homeostasis, including plasma membrane permeability and electrical potential. Renal and intestinal transepithelial transports also control fractionation of K isotopes. Using a box-modeling approach, we establish a first model of K isotope homeostasis. We predict a strong sensitivity of δ41K to variations of intracellular and renal K cycling in normal and pathological contexts. Thus, K isotopes constitute a promising tool for the study of K dyshomeostasis.

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