這些動(dòng)物冬眠時(shí)，咋不口渴呢？

出品：科普中國(guó)

作者：蘇澄宇

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

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北美的草原上，十三條紋地松鼠正沉睡在地下。

沉睡的十三條紋地松鼠

（圖片來(lái)源：Courtesy of the Gracheva lab）

冬眠，對(duì)它們來(lái)說(shuō)并不稀奇，但一個(gè)謎題讓研究者們?yōu)橹裕哼@種地松鼠能在冬天蜷縮在地穴中，不攝入任何水分，卻能奇跡般地保持生存。這個(gè)謎題吸引了耶魯大學(xué)的兩位研究員——埃琳娜·格拉切娃（Elena Gracheva）和斯維亞托斯拉夫·巴格里安采夫（Sviatoslav Bagriantsev）。

科學(xué)家們想知道，這些小地松鼠是否真的不需要水？或者，它們的身體是否找到了某種“對(duì)抗口渴”的方法？研究結(jié)果最終發(fā)表在了《Science》上。

冬眠時(shí)的地松鼠確實(shí)需要水

為了找到答案，格拉切娃和她的團(tuán)隊(duì)決定從體液變化入手。他們首先將目光鎖定在地松鼠冬眠期間的兩種狀態(tài)上：低溫蟄伏和間歇性喚醒。低溫蟄伏時(shí)，松鼠的身體像一個(gè)“待機(jī)”的機(jī)器，體溫降至接近冰點(diǎn)，代謝幾乎停止。而在間歇性喚醒時(shí)，松鼠的體溫回升到37°C，心跳、呼吸等生命體征也恢復(fù)了“活躍模式”，但它們并不會(huì)外出覓食或飲水。

間歇性喚醒（Interbout Arousal, IBA）是冬眠動(dòng)物在漫長(zhǎng)的冬眠過(guò)程中，短暫蘇醒的一種特殊狀態(tài)。這種狀態(tài)在所有冬眠動(dòng)物中都非常普遍，例如地松鼠、刺猬和蝙蝠等。盡管這些動(dòng)物的大部分時(shí)間都處于低代謝的“低溫蟄伏”狀態(tài)，但它們每隔幾周就會(huì)經(jīng)歷一次短暫的覺(jué)醒過(guò)程。

左側(cè)為活躍狀態(tài)下的松鼠正在飲水的場(chǎng)景，右側(cè)為間歇性喚醒狀態(tài)下的松鼠。

間歇性喚醒狀態(tài)下的松鼠似乎不熱衷于直接飲水。

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）

科學(xué)家們從檢測(cè)松鼠的血液入手，尋找口渴的“蛛絲馬跡”。他們將從低溫蟄伏和間歇性喚醒狀態(tài)中“喚醒”的松鼠血液樣本進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一些有趣的變化：間歇性喚醒時(shí)，松鼠血液中的血管緊張素II（一種可以讓人產(chǎn)生強(qiáng)烈口渴感的激素）水平比平時(shí)高出了兩倍，而醛固酮（促進(jìn)體內(nèi)保留鈉和水的激素）水平更是達(dá)到了平時(shí)的三倍！

A：在間歇性喚醒狀態(tài)（IBA）下，血清血管緊張素II濃度顯著高于活躍狀態(tài)（Active）

B：間歇性喚醒狀態(tài)（IBA）下的血清醛固酮水平明顯高于活躍狀態(tài)。（圖片來(lái)源：文獻(xiàn)1）

按道理，這些激素水平升高會(huì)讓它們感到口渴，但奇怪的是，這些松鼠完全不表現(xiàn)出飲水的欲望。

科學(xué)家們還做了一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，他們讓活躍的松鼠在正常飲水和濃鹽水之間做選擇。

結(jié)果，活躍的松鼠幾乎不喝鹽水，但間歇性喚醒狀態(tài)的松鼠卻大口大口地喝鹽水，顯然對(duì)鹽水的需求更高。這說(shuō)明松鼠的身體在冬眠時(shí)確實(shí)缺水，但它們卻壓抑了對(duì)水的渴望，而是優(yōu)先攝取鹽分——一種對(duì)維持體液平衡至關(guān)重要的元素。

活躍狀態(tài)的松鼠對(duì)水（藍(lán)色曲線(xiàn)）的飲用時(shí)間顯著高于0.5 M NaCl溶液（粉色曲線(xiàn)）

（圖片來(lái)源：文獻(xiàn)1）

就像沙漠中的駱駝一樣，松鼠的身體似乎也有一種特殊的智慧，能夠“分清主次”，在缺水時(shí)更關(guān)注電解質(zhì)平衡，而非單純補(bǔ)水。

但它們找到了“對(duì)抗口渴”的方法

接下來(lái)，科學(xué)家們將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向地松鼠的大腦，尤其是兩個(gè)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)體液的區(qū)域：穹窿下器官（SFO）和終板血管器官（OVLT）。這些區(qū)域就像“口渴警報(bào)器”，一旦血液中的鹽分過(guò)高或水分不足，就會(huì)向大腦發(fā)出信號(hào)，讓我們感到口渴。

地松鼠大腦中SFO和OVLT的位置

（圖片來(lái)源：frontiersin）

為了觀察這些區(qū)域是否“關(guān)閉了警報(bào)器”，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一個(gè)非常巧妙的實(shí)驗(yàn)。他們給松鼠注射了一種帶有熒光標(biāo)記的血管緊張素II，想看看這種激素是否還能在冬眠的松鼠大腦中正?！包c(diǎn)亮”。

十三條紋地松鼠

（圖片來(lái)源：thescientist）

但當(dāng)科學(xué)家們進(jìn)一步用電生理技術(shù)檢測(cè)這些神經(jīng)元時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重大線(xiàn)索：冬眠中的神經(jīng)元雖然能接收到信號(hào)，但它們的活性大幅降低，就像被按下了“靜音鍵”。更有趣的是，這些神經(jīng)元對(duì)一種叫做GABA的抑制性化學(xué)物質(zhì)非常敏感，GABA的作用就像一副耳塞，讓神經(jīng)元“聽(tīng)不見(jiàn)”渴感信號(hào)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，十三條紋地松鼠在缺水時(shí)能通過(guò)抑制大腦渴覺(jué)神經(jīng)元的活性，將能量集中用于更關(guān)鍵的生理需求。這一機(jī)制表明，渴覺(jué)并不是被完全關(guān)閉，而是被“調(diào)節(jié)”到一個(gè)更適合冬眠的狀態(tài)。

十三條紋地松鼠

（圖片來(lái)源：Squirrel Gazer）

在應(yīng)對(duì)饑餓的方面，科學(xué)家從達(dá)烏爾黃鼠（Citellus dauricus）身上找到了一些答案。2009年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這種松鼠在冬眠時(shí)會(huì)將代謝率降到最低，就像一臺(tái)待機(jī)的電腦，只保留最基本的“后臺(tái)運(yùn)行”。

達(dá)烏爾黃鼠

（圖片來(lái)源：gbif）

科學(xué)家們檢測(cè)了它們體內(nèi)的代謝酶和棕色脂肪組織（BAT）活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它們的靜息代謝率下降到僅為夏天的10%，幾乎每一口脂肪都被小心翼翼地存儲(chǔ)和使用。而棕色脂肪（Brown Adipose Tissue, BAT）中的酶活性在需要時(shí)迅速升高，幫助它們?cè)谂紶枴岸虝禾K醒”時(shí)快速升溫，就像一部剛插電的加熱器。

棕色脂肪是一種特殊的脂肪組織，與我們熟悉的“普通脂肪”——白色脂肪（White Adipose Tissue, WAT）不同，它的主要功能不是儲(chǔ)存能量，而是產(chǎn)生熱量，幫助維持體溫。它可以被看作身體的“生物暖氣片”，尤其在寒冷環(huán)境下顯得尤為重要。

這種能量管理能力，讓達(dá)烏爾黃鼠在長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月的冬眠中，從容度過(guò)了沒(méi)有食物的日子。

冬眠不用排尿嗎？

渴倒是解決了，那尿呢？不尿尿的話(huà)，毒素不會(huì)在體內(nèi)積累嗎？但對(duì)于北極地松鼠（Spermophilus parryii）來(lái)說(shuō)，這卻是一個(gè)可以循環(huán)利用的“資源”。

正在冬眠的北極地松鼠

（圖片來(lái)源：guardian）

2014年，阿拉斯加大學(xué)的布萊恩·巴恩斯教授發(fā)現(xiàn)，這些松鼠在冬眠時(shí)幾乎不排尿，但它們的身體卻不會(huì)因?yàn)槎舅胤e累而中毒。原因在于，它們的腸道微生物像一個(gè)“化工廠”，能夠把尿素分解成氨基酸，再次利用。這種機(jī)制不僅減少了代謝廢物的積累，還讓松鼠能在冬眠中維持必要的蛋白質(zhì)合成。

說(shuō)到極端的冬眠策略，不得不提到北美的木蛙（Rana sylvatica）。這些青蛙在冬天真的會(huì)凍成“冰塊”，心跳停止，血液結(jié)冰，但到了春天，它們還能奇跡般地復(fù)蘇。怎么做到的？

北美的木蛙

（圖片來(lái)源：earthlymission）

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些青蛙在凍住之前，會(huì)釋放大量的葡萄糖進(jìn)入血液。這些糖分就像防凍液一樣，保護(hù)它們的細(xì)胞不被冰晶刺破。就像一塊儲(chǔ)存良好的冰激凌，即使冷凍后解凍，也不會(huì)變成一攤水。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)論是不易口渴的地松鼠、節(jié)能高手達(dá)烏爾黃鼠，還是冷凍大師木蛙，每一種生命都在以自己的方式，展現(xiàn)著令人嘆為觀止的生存藝術(shù)。而我們，也許正站在這些動(dòng)物智慧的肩膀上，尋找通向未來(lái)的答案。

參考文獻(xiàn)：

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