冬眠，動物御寒的“超能力”

李天洋

冬天來臨，當人們拿出棉衣、厚被御寒時，自然界的動植物也在用它們的方式準備過冬。冬眠，就是其中頗為特別的一種。冬眠可不是簡單的睡眠，它不僅創造了一個個生命的奇跡，也是前沿科學研究與應用的熱門。

挑戰生理極限的冬眠

不同種類的動物冬眠，行為和生理表現會不一樣；即使同種動物，在不同地域差異也很大。其中，最為明顯的差異是在恒溫動物和變溫動物之間。

多數哺乳動物都是恒溫動物。生物學家發現，哺乳動物的冬眠歷時4至7個月，為保證冬眠期間能生存下來，它們需要在入眠前以脂肪或食物的形式貯存大量能量：熊、睡鼠等動物依靠在夏、秋季積累于體內的脂肪；倉鼠、松鼠則選擇在洞穴內貯存食物。

哺乳動物冬眠時，生命體征變化明顯：比如體溫迅速下降、代謝率大幅度降低、心率和呼吸頻率維持在一個極低的水平……具體來說，冬眠時，北極黃鼠體溫最低能降到-3℃，極地松鼠降到5℃，而熊的體溫僅降到30℃，睡鼠的體溫維持在20℃，這說明，冬眠對于哺乳動物來說，并不一定伴隨著超低體溫現象的出現。但在代謝率上，哺乳動物冬眠期間降低幅度均較大，熊降低50%左右，小型哺乳動物甚至降至1%。在心率和呼吸方面，熊的心率從每分鐘55次降到10次，呼吸從每分鐘8次降到一兩次；多紋黃鼠的心率從每分鐘200至300次降到三四次，呼吸從每分鐘200次降到1次，可以說是斷崖式下降，這對于一個生命有機體來說，能夠讓各個器官的運轉迅速與之相適應，是一個非常艱難又高級的系統工程。

10月底，常年冰雪覆蓋的北極慢慢進入極寒天氣，這時，要做媽媽的北極熊開始拖著沉重的身子在雪中挖洞，為它和它即將出生的孩子們準備一個過冬的家。人們很難想象，在冬眠中不吃不喝、沉睡狀態的北極熊會在這時候生寶寶，還要母乳喂養幾個月，可大自然就是這么神奇。大約2個月后，北極熊寶寶出生了，一般1到2個，它們的體重不到1千克，聽不見也看不見，完全依賴媽媽的乳汁一天天長大。來年三四月份，北極熊寶寶就能長到10千克左右了，萌萌的它們會開開心心地跟著媽媽離開洞穴，迎接北極的春天，而它們所不知道的是，它們能茁壯成長，能量全部來自于媽媽之前的自身能量儲備，一個冬季過后，媽媽的體重可能會減少100公斤左右。

從生物學家監測的數據和舐犢情深的北極熊媽媽身上不難看出，雖然在表象上，動物的“冬眠”和“睡眠”差不多：不吃不喝不動，但實際區別很大。目前，世界范圍內，已有百余種動物被證實有冬眠現象，包括哺乳類、鳥類、爬行類、兩棲類、魚類、無脊椎類動物等。這些動物在自然常態睡眠時，體溫、代謝水平、心跳、呼吸等指標均會有所降低，但變化不大；而在冬眠時，這些指標則降幅很大，有的動物甚至降到瀕臨死亡的狀態，因為只有這樣，才可以大大減少它們維持生命所需的能量，幫助它們度過凜冽的冬季。畢竟冬天對于溫、寒帶的動物來說，是殘酷的，動物們面對的不僅是“千里冰封、萬里雪飄”，還有食物的極度短缺，生命會受到死亡的威脅。因此，冬眠可以說是動物通過節能方式應對“極限氣候”的一種智慧和有效策略。

哺乳動物冬眠還有一個更少為人知的現象是：這個過程并不是連續的，而是被一次次的自發性覺醒所中斷，也就是形成了一連串的“冬眠陣”。一個冬眠陣包括4個階段，即入眠、深冬眠、激醒和體溫恢復正常，深冬眠持續的時間越長，節約的能量就越多。一個哺乳動物的冬眠期可能包括幾個甚至幾十個冬眠陣，這就能理解為什么有些動物在冬眠期出來覓食，甚至生寶寶了。

蛇、青蛙、烏龜等變溫動物冬眠時，可沒有哺乳動物那么大的自由度，它們深冬眠時渾身僵硬，就像死了一樣，而且是否冬眠、冬眠時間長短完全根據外部環境決定。以蛇類為例，當外界溫度長期處于10℃以下，蛇就冬眠了，我國北方的蛇冬眠時間始于11月初；華中地區的蛇始于12月左右；而南方的蛇則不冬眠。不冬眠并不是什么異象，因為對于動物來說，冬眠是環境逼迫下一種無奈的選擇，而不是必須，這也是很多熱帶或室內的青蛙、烏龜不冬眠的原因。

變溫動物在深眠階段的“僵死”狀態下毫無防御能力，生死全由天命，很多動物在這時丟了性命。還拿蛇來說，它們在“僵死”時，會給它的食物鏈下級——老鼠逆襲的機會，作為一種雜食性動物，老鼠也是吃蛇的，夏季被蛇吃的老鼠，在冬季會對蛇進行“反殺”，這就有了“蛇吃老鼠半年，老鼠吃蛇半年”的說法。有數據表明，蛇冬眠時的死亡率達到30%，所以，對于蛇來說，冬眠就是沒有退路的向死而生。

人類期待獲得冬眠“超能力”

法國生理學家克勞德·伯爾納是國外較早研究冬眠的科學家。1865年，他曾撰文描述過動物冬眠的幾個基本特征。之后，歐洲陸續有科學家發表嚙齒類動物冬眠、旱獺冬眠生理學等方面的研究結果，但只是零星的，直到20世紀30年代至50年代初，隨著一批生理學家的加入，該領域的研究才蓬勃發展起來。我國冬眠生理學研究起步較早，冬眠領域研究的創始人趙以炳及其助手從1947年就開始對刺猬冬眠的生理學進行研究，并以狗為實驗對象，研究其低溫后的恢復，這是冬眠生物學在醫學上應用的早期探索。

近些年，隨著癌癥等醫學難題陸續增多以及人類宇宙探索的需要，越來越多的科學家開始迫切地對動物冬眠進行深入研究，特別是對哺乳動物的研究。人們想知道：為什么黃鼠在秋天體重激增而不得糖尿病？熊冬眠時不排泄為什么不會腎衰竭？極地松鼠在醒來后，為什么大腦沒受損傷，也沒有肌肉萎縮、骨質疏松？……科學家希望能盡快弄清楚動物冬眠的這些“超能力”，并應用到人類身上。

依托于信息傳播和現代科技的發展，一些實例的出現和研究結果的發表給了科學家很大信心：人類自身或許真的具備冬眠的潛力。

1999年，一位挪威的滑雪者不慎掉入冰中，被救起后已沒有心跳和呼吸，體溫下降到13.8℃，但經過搶救，他仍然蘇醒過來。2006年10月，一位攀爬雪山失蹤24天才被救援的日本人，在確認新陳代謝已經停滯的情況下經過治療生命復蘇。

與此同時，2020年12月，西班牙、希臘學術研究團隊在《人類學》期刊發表研究結果，他們在43萬年前的人類骨骸中，找到了人類冬眠的證據，經斷層掃描與顯微鏡觀察，這些骨頭與冬眠動物的骨頭有相似的病變和損傷，也就是說，遠古人類可能也是用冬眠的方式來度過寒冬的。盡管這個說法聽起來如同科幻小說，但科學家認為，這種現象極有可能是事實，遠古人類是有冬眠的能力的，只不過后來自然環境變好，人類應對極端氣候能力增強，不再需要通過冬眠這種方式過冬了，這個能力也就退化了。

在這些實例和研究結果的基礎上，“人工冬眠”的概念應運而生，并率先在科幻電影中“實現”了。人們在《太空旅客》《流浪地球》《星際穿越》等電影中可以看到，為了讓太空旅行者完成漫長的星際航行，會把他們放進太空冬眠艙，以冬眠的方式延長他們的壽命，同時減少物資消耗，為飛船減輕載荷。

為了讓夢想盡快照進現實，世界各國的科學家都在孜孜不倦、鍥而不舍地研發適用于太空，以及醫學方面的冬眠技術。

早先，受變溫動物冬眠時體內大半液體凍結，心跳、呼吸、血液流動和大腦活動停止，幾個月后又活蹦亂跳的啟發，科學家研究出了“人體冷凍法”，即在-196℃的低溫下保存整個人體或頭部，以期未來的科學技術能夠將其復活，但目前，該應用僅限于醫學上已認定死亡的遺體。

根據相關資料記載，這種嘗試在上世紀60年代就開始了，1967年，加州大學的心理學教授詹姆斯·貝德福德因癌癥身亡幾小時后，進行了遺體的凍存處理，保存至今。2016年，一家冷凍生物學研究公司在小型動物腦冷凍保存的研究中取得進展。但有研究者指出，通過這種方式冬眠復蘇后，無法證明儲存大腦信息的神經通路是否完好，因此，靠冷凍來實現人工冬眠的道路不太順暢。

研究的成果雖然不少，但如何將基于動物的研究成果應用到人類，還有漫長的路要走。未來，當科學家最終找到人類的冬眠開關時，將為人們的生命健康、星際航行帶來全新的天地。

（四月摘自《科學大觀園》2023年第22期）