冬眠 动物御寒的“超能力”
李天洋
霜降已至，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。
罕见的“鼠吃蛇”
甲骨文“执”和甲骨文“虫”
繁体字楷书“蛰”
金文“蛰”
小篆“蛰”
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儿的“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，在冬季会对蛇进行“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。
中国古人对冬眠的独特解读
冬眠在中国古代称之为“蛰”。从造字的角度，“蛰”字上面是“执”，甲骨文的写法是：左边一个类似刑具的手铐，右边一个跪着并向左边伸出双手的人，有“捉拿”之意；“虫”字，像是蛇的样子，古人用蛇的形象来表示虫这一类的动物。“执”与“虫”合在一起，就是虫子被困住了，为“蛰”，商周时期的金文、先秦的篆书，都是这样写的。虫子被气候所限制，冬天入“蛰”，常常躲在土下，所以“蛰”的繁体字楷书中，有人在“虫”字上面，加了一个“土”，这也不失为一种更象形的写法。
东汉时期的许慎在《说文解字》中说：蛰，藏也。《尔雅·释诂》则言：蛰，静也，都有潜伏、不动的意思，“蛰伏蓄力”，中国古人认为动物的这种“潜伏”是顺应天道的四季轮回，是一种张弛有度的正常现象，所以，《易经》里也说：“龙蛇之蛰，以存身也。”生命需要休养，人生有波峰波谷，疲了、累了，“躺平”也应被允许，所以，当有的人长期隐居时，古人会以平常心，甚至略有褒义地称之为“蛰居”。
对于动物的蛰居时间，古人也早已知晓。战国时期，古人基于对天文、气象、物候的观察，以五日为候，三候为气，六气为时，四时为岁。一年二十四节气分为七十二候，各候均与一个物候现象相应，称候应，如植物候有植物的开花、结实等，动物候有动物的始振、迁徙等。“霜降”是秋季的最后一个节气，元代吴澄编著的《月令七十二候集解》中说：“九月中，气肃而凝，露结为霜矣。霜降三候为：一候豺乃祭兽；二候草木黄落；三候蜇虫咸俯。”意思是在此节气中，豺狼捕获猎物；树叶枯黄掉落；蜇虫全在洞中不动不食，垂头进入冬眠状态。所以，霜降被认为是动物“入蛰”的节气。而来年春季的“惊蛰”显而易见，是上天以打雷的方式唤醒冬眠的动物，开启新一季轮回的节气。
中国古人不仅发现了蛇、蛙、虫等变温动物有冬眠现象，也观察到了熊等恒温动物的冬眠状态。《说文解字》中说：“熊兽似豕，山居冬蛰”；《诗义疏》曰：“熊能攀缘上高树，见人则颠倒投地而下。冬入穴而蛰，始春而出。”宋代的《毛诗名物解》中也有“熊能引气，故冬蛰不食”的记载。
三百多年前，清朝皇帝康熙看了《毛诗名物解》中关于熊的记载，对熊的冬眠产生了兴趣，但当时他不太相信熊能在一整个冬天不吃不喝。康熙学过西方的解剖学，又像其他皇帝一样热衷于研究传统的养生之道，所以他总想实际观察一下冬眠的熊。
机会终于来了，有一次，康熙在冬季围猎时，猎得一只冬眠熊，兴奋不已，马上令人对冬眠熊进行解剖，解剖之后，发现冬眠熊的肠胃中果真是“净洁无物”，这才相信熊“冬蛰不食”的说法。他把这个过程写在了《康熙几睱格物编》中。
康熙之所以研究熊的冬眠，主要是为了研究养生：“倘猎者不即毙之窟中，熊逸而去，则虽冬月亦必搏兽而食，以此悟道家习静之士，能危坐两三日不食、不饥者，即食气内息之道也。”并分析说：“若与人应对酬酢（应酬）便不耐饥饿”，这是因为“气随音而动，动则外泄内虚。张紫阳云，气全则生存。”那时候，康熙不知道熊在冬眠中是靠消耗之前体内贮存的能量维持生命的，将熊能“冬蛰不食”归结于中国养生的传统理论——“食气内息”，虽说结论有失偏颇，但用现代解剖技术研究冬眠，在世界范围内也算是先驱了。
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：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。
目前，比较先进、热门的人工冬眠研究是在脑神经和基因方面，这两年的研究成果层出不穷。2020年，日本筑波大学的研究人员在老鼠的大脑中发现可以被激活的类似冬眠状态的特定细胞，这种被称为Q神经元的特定类型细胞被激活后，它们就能进入休眠状态，并且保持好几天，这仿佛找到了控制老鼠冬眠的开关。
当时，美国北卡罗来纳大学的研究人员在黄鼠身上鉴别并绘制出了启动动物冬眠的两个基因。科学家若能鉴别出那些在冬眠这类极端状态下负责保护器官、降低血糖消耗和保持肌肉性能的酶，将能开发出延长移植用人体器官“保质期”的新方法，还可研制出诱导宇航员在长期太空旅行过程中安全进入类冬眠状态的方法。
去年12月，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所的研究团队在学术期刊《创新》杂志发表论文：研究团队在非人灵长类动物身上实现了基于中枢神经调控的稳定体温调节，揭示了下丘脑视前区在灵长类动物体温调节中的作用，以及灵长类对抗失温的体温保护机制。这项研究为人类迈向人工冬眠跨出重要一步，为临床转化和航天应用打下基础。
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。
科幻电影《太空旅客》中的“太空冬眠舱”
冬眠趣谈
冬眠“始祖”水龙兽
2000年，哈佛大学古生物学家梅根·惠特尼等科研人员在《通讯生物学》期刊发表了一篇研究论文，认为2.5亿年前，生活在三叠纪初期，名为“水龙兽”的动物是目前已知最早的冬眠生物。这一结果的得出，来源于科研人员在水龙兽的獠牙化石当中找到了些许痕迹。水龙兽的獠牙化石反映了水龙兽的新陈代谢所对应的环境变化，这些变化产生的“压力痕迹”与冬眠的熊和蝙蝠很相似，通过类比，科研人员认为，水龙兽也存在着冬眠行为。另外，科研人员推测，在二叠纪到三叠纪出现了一次大灭绝，水龙兽凭着冬眠和挖掘洞穴的能力，避免了这次灾难。
热带动物也冬眠
冬眠现象并不仅仅限于温带和寒带地区的哺乳动物。最新研究发现，生活于热带地区的灵长类动物肥尾鼠狐猴在环境温度高于30℃时仍表现出冬眠状态。热带地区环境温度的年波动较小，该动物冬眠时正处在热带的冬季，因此认为是冬眠。其冬眠长达7个月，体温维持在25℃左右，属于贮脂冬眠动物，入眠前体重增加接近90%。
肥尾鼠狐猴冬眠时会寻找一个僻静的树洞，即便周围温度达到30℃，它也不会苏醒。地面测验表明，冬眠期间，这种动物的体温不靠自身的新陈代谢控制，而是被动地随着周围环境不断变化。它们冬眠时会定期苏醒，而何时苏醒取决于体温。科学家由此推断，这种狐猴冬眠的目的可能是避免体温过高。
马达加斯加的肥尾鼠狐猴
植物也有冬眠现象
植物冬眠，更多称为休眠，也是为了抵御低温等不利环境威胁的措施。休眠有多种类型，温带地区的植物冬季休眠，是靠内部积存下来的养分转化成糖或脂肪保持不被冻死，并通过掉叶子等方式减少能量消耗。
接近休眠末期通常是修剪或嫁接的好时机。这是因为植物储备了大量的能量，即使受到损伤，仍然可以较快地愈合和恢复。落叶植物在冬天，整株植物都会处于休眠状态。很多树都有休眠芽，甚至较老的树枝，也有休眠芽，这些芽被埋藏在一层层的木头中，看不见。当树干被切断或者树枝遭到严重破坏时，这些隐藏的芽会打破休眠状态，从看似光秃秃的木头中萌芽生长。
除了冬眠还有夏眠
北非沙漠猬
夏眠与冬眠一样，都是动物在缺少食物的季节为了生存而产生的自然现象。夏眠在中国也叫“夏蛰”，指的是动物在夏季生命活动处于极度降低的状态，以度过炎热和干旱季节，例如北非沙漠猬、地老虎（昆虫）、草原龟等都有夏眠习惯。
夏眠与冬眠不同，夏眠的时间比较短，通常只有几天到几周的时间。夏眠的动物在进入休眠状态前，会减少食物摄入量，以便减少能量消耗。同时，它们的身体也会发生一些变化，例如体温下降、呼吸减缓、心率降低等。这些变化可以帮助它们在高温环境下更好地生存。
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