冬眠，动物御寒的“超能力”

李天洋

冬天来临，当人们拿出棉衣、厚被御寒时，自然界的动植物也在用它们的方式准备过冬。冬眠，就是其中颇为特别的一种。冬眠可不是简单的睡眠，它不仅创造了一个个生命的奇迹，也是前沿科学研究与应用的热门。

挑战生理极限的冬眠

不同种类的动物冬眠，行为和生理表现会不一样；即使同种动物，在不同地域差异也很大。其中，最为明显的差异是在恒温动物和变温动物之间。

多数哺乳动物都是恒温动物。生物学家发现，哺乳动物的冬眠历时4至7个月，为保证冬眠期间能生存下来，它们需要在入眠前以脂肪或食物的形式贮存大量能量：熊、睡鼠等动物依靠在夏、秋季积累于体内的脂肪；仓鼠、松鼠则选择在洞穴内贮存食物。

哺乳动物冬眠时，生命体征变化明显：比如体温迅速下降、代谢率大幅度降低、心率和呼吸频率维持在一个极低的水平……具体来说，冬眠时，北极黄鼠体温最低能降到-3℃，极地松鼠降到5℃，而熊的体温仅降到30℃，睡鼠的体温维持在20℃，这说明，冬眠对于哺乳动物来说，并不一定伴随着超低体温现象的出现。但在代谢率上，哺乳动物冬眠期间降低幅度均较大，熊降低50%左右，小型哺乳动物甚至降至1%。在心率和呼吸方面，熊的心率从每分钟55次降到10次，呼吸从每分钟8次降到一两次；多纹黄鼠的心率从每分钟200至300次降到三四次，呼吸从每分钟200次降到1次，可以说是断崖式下降，这对于一个生命有机体来说，能够让各个器官的运转迅速与之相适应，是一个非常艰难又高级的系统工程。

10月底，常年冰雪覆盖的北极慢慢进入极寒天气，这时，要做妈妈的北极熊开始拖着沉重的身子在雪中挖洞，为它和它即将出生的孩子们准备一个过冬的家。人们很难想象，在冬眠中不吃不喝、沉睡状态的北极熊会在这时候生宝宝，还要母乳喂养几个月，可大自然就是这么神奇。大约2个月后，北极熊宝宝出生了，一般1到2个，它们的体重不到1千克，听不见也看不见，完全依赖妈妈的乳汁一天天长大。来年三四月份，北极熊宝宝就能长到10千克左右了，萌萌的它们会开开心心地跟着妈妈离开洞穴，迎接北极的春天，而它们所不知道的是，它们能茁壮成长，能量全部来自于妈妈之前的自身能量储备，一个冬季过后，妈妈的体重可能会减少100公斤左右。

从生物学家监测的数据和舐犊情深的北极熊妈妈身上不难看出，虽然在表象上，动物的“冬眠”和“睡眠”差不多：不吃不喝不动，但实际区别很大。目前，世界范围内，已有百余种动物被证实有冬眠现象，包括哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类、鱼类、无脊椎类动物等。这些动物在自然常态睡眠时，体温、代谢水平、心跳、呼吸等指标均会有所降低，但变化不大；而在冬眠时，这些指标则降幅很大，有的动物甚至降到濒临死亡的状态，因为只有这样，才可以大大减少它们维持生命所需的能量，帮助它们度过凛冽的冬季。毕竟冬天对于温、寒带的动物来说，是残酷的，动物们面对的不仅是“千里冰封、万里雪飘”，还有食物的极度短缺，生命会受到死亡的威胁。因此，冬眠可以说是动物通过节能方式应对“极限气候”的一种智慧和有效策略。

哺乳动物冬眠还有一个更少为人知的现象是：这个过程并不是连续的，而是被一次次的自发性觉醒所中断，也就是形成了一连串的“冬眠阵”。一个冬眠阵包括4个阶段，即入眠、深冬眠、激醒和体温恢复正常，深冬眠持续的时间越长，节约的能量就越多。一个哺乳动物的冬眠期可能包括几个甚至几十个冬眠阵，这就能理解为什么有些动物在冬眠期出来觅食，甚至生宝宝了。

蛇、青蛙、乌龟等变温动物冬眠时，可没有哺乳动物那么大的自由度，它们深冬眠时浑身僵硬，就像死了一样，而且是否冬眠、冬眠时间长短完全根据外部环境决定。以蛇类为例，当外界温度长期处于10℃以下，蛇就冬眠了，我国北方的蛇冬眠时间始于11月初；华中地区的蛇始于12月左右；而南方的蛇则不冬眠。不冬眠并不是什么异象，因为对于动物来说，冬眠是环境逼迫下一种无奈的选择，而不是必须，这也是很多热带或室内的青蛙、乌龟不冬眠的原因。

变温动物在深眠阶段的“僵死”状态下毫无防御能力，生死全由天命，很多动物在这时丢了性命。还拿蛇来说，它们在“僵死”时，会给它的食物链下级——老鼠逆袭的机会，作为一种杂食性动物，老鼠也是吃蛇的，夏季被蛇吃的老鼠，在冬季會对蛇进行“反杀”，这就有了“蛇吃老鼠半年，老鼠吃蛇半年”的说法。有数据表明，蛇冬眠时的死亡率达到30%，所以，对于蛇来说，冬眠就是没有退路的向死而生。

人类期待获得冬眠“超能力”

法国生理学家克劳德·伯尔纳是国外较早研究冬眠的科学家。1865年，他曾撰文描述过动物冬眠的几个基本特征。之后，欧洲陆续有科学家发表啮齿类动物冬眠、旱獭冬眠生理学等方面的研究结果，但只是零星的，直到20世纪30年代至50年代初，随着一批生理学家的加入，该领域的研究才蓬勃发展起来。我国冬眠生理学研究起步较早，冬眠领域研究的创始人赵以炳及其助手从1947年就开始对刺猬冬眠的生理学进行研究，并以狗为实验对象，研究其低温后的恢复，这是冬眠生物学在医学上应用的早期探索。

近些年，随着癌症等医学难题陆续增多以及人类宇宙探索的需要，越来越多的科学家开始迫切地对动物冬眠进行深入研究，特别是对哺乳动物的研究。人们想知道：为什么黄鼠在秋天体重激增而不得糖尿病？熊冬眠时不排泄为什么不会肾衰竭？极地松鼠在醒来后，为什么大脑没受损伤，也没有肌肉萎缩、骨质疏松？……科学家希望能尽快弄清楚动物冬眠的这些“超能力”，并应用到人类身上。

依托于信息传播和现代科技的发展，一些实例的出现和研究结果的发表给了科学家很大信心：人类自身或许真的具备冬眠的潜力。

1999年，一位挪威的滑雪者不慎掉入冰中，被救起后已没有心跳和呼吸，体温下降到13.8℃，但经过抢救，他仍然苏醒过来。2006年10月，一位攀爬雪山失踪24天才被救援的日本人，在确认新陈代谢已经停滞的情况下经过治疗生命复苏。

与此同时，2020年12月，西班牙、希腊学术研究团队在《人类学》期刊发表研究结果，他们在43万年前的人类骨骸中，找到了人类冬眠的证据，经断层扫描与显微镜观察，这些骨头与冬眠动物的骨头有相似的病变和损伤，也就是说，远古人类可能也是用冬眠的方式来度过寒冬的。尽管这个说法听起来如同科幻小说，但科学家认为，这种现象极有可能是事实，远古人类是有冬眠的能力的，只不过后来自然环境变好，人类应对极端气候能力增强，不再需要通过冬眠这种方式过冬了，这个能力也就退化了。

在这些实例和研究结果的基础上，“人工冬眠”的概念应运而生，并率先在科幻电影中“实现”了。人们在《太空旅客》《流浪地球》《星际穿越》等电影中可以看到，为了让太空旅行者完成漫长的星际航行，会把他们放进太空冬眠舱，以冬眠的方式延长他们的寿命，同时减少物资消耗，为飞船减轻载荷。

为了让梦想尽快照进现实，世界各国的科学家都在孜孜不倦、锲而不舍地研发适用于太空，以及医学方面的冬眠技术。

早先，受变温动物冬眠时体内大半液体冻结，心跳、呼吸、血液流动和大脑活动停止，几个月后又活蹦乱跳的启发，科学家研究出了“人体冷冻法”，即在-196℃的低温下保存整个人体或头部，以期未来的科学技术能够将其复活，但目前，该应用仅限于医学上已认定死亡的遗体。

根据相关资料记载，这种尝试在上世纪60年代就开始了，1967年，加州大学的心理学教授詹姆斯·贝德福德因癌症身亡几小时后，进行了遗体的冻存处理，保存至今。2016年，一家冷冻生物学研究公司在小型动物脑冷冻保存的研究中取得进展。但有研究者指出，通过这种方式冬眠复苏后，无法证明储存大脑信息的神经通路是否完好，因此，靠冷冻来实现人工冬眠的道路不太顺畅。

研究的成果虽然不少，但如何将基于动物的研究成果应用到人类，还有漫长的路要走。未来，当科学家最终找到人类的冬眠开关时，将为人们的生命健康、星际航行带来全新的天地。

（四月摘自《科学大观园》2023年第22期）