动物为什么冬眠,夏天睡觉?
_ _ _ _松鼠睡得比较死。有人曾经从树洞里挖出一只冬眠的松鼠,它的头好像被打破了。无论怎么摇都不会睁开眼睛,更别说走路了。放在桌子上,连针都打不醒。只有用炉子给它加热,它才能悠闲地移动,而且时间会很长。
_ _ _ _刺猬冬眠时,几乎停止呼吸。原来它的喉头有一块软骨,可以把嘴和喉咙分开,盖住气管的人口。生物学家曾经把冬眠的刺猬抱起来,放在温水里泡了半个小时,才看到它醒过来。
_ _动物的冬眠真的很独特:蜗牛用自己的粘液封住自己的壳。绝大多数昆虫在冬天到来时以“蛹”或“卵”的形式冬眠,而不是“盐虫”或“幼虫”。熊在冬眠期间呼吸正常,有时会在外面走几天再回来。当母熊冬眠时,雪会覆盖她的身体。一旦他醒来,就会有1-2只天真活泼的熊躺在他身边。很明显,它们是在冬眠期间出生的。
_ _ _ _动物冬眠的时间长短不一。东北西伯利亚的东方旱獭和中国的刺猬一次能睡200多天,而前苏联的紫貂每年只冬眠20天。
_ _ _动物的冬眠完全是对不利环境的一种保护行动。导致动物冬眠的主要因素是环境温度的降低和食物的缺乏。科学家通过实验证明,动物冬眠会导致甲状腺和肾上腺功能下降。同时性腺发育正常。冬眠后,动物的抗菌抗病能力增强了。显然,冬眠对它们是有益的,这使它们在第二年春天醒来时更加敏捷,食欲更强,身体的所有器官都会出现回春的现象。
可以看出,动物的神经系统和肌肉在冬眠时仍然保持着充分的活力,而新生代则减少到最低限度。今天医学界创造的低温麻醉和催眠疗法就是受此启发。
_ _ _ _和我们人类一样,所有的动物都是温血动物,那么冷血动物和昆虫是如何熬过漫长的冬天的呢?
_ _ _ _昆虫学家经过长期的观察和研究,终于发现了昆虫越冬的一些奥秘。冬天,人们应该添加防冻剂,以防止散热器结冰。在寒冷的冬天,昆虫也会采取类似的措施来保护自己。
_ _ _ _冬天,昆虫不被冻坏是非常重要的。一旦活体组织被冻结,不断膨胀的冰晶必然会破坏细胞膜,造成致命创伤。当细胞内没有足够的液体来维持生命所必需的酶活性时,即使没有完全冷冻,也会造成死亡。那么,昆虫是如何解决这个问题的呢?它们主要靠降低体内液体的冰点,从而提高抗寒能力,途径就是产生大量的“防冻液”。
_ _ _ _昆虫是如何制作防冻液的?天气转暖后如何去除防冻液?为什么要去掉防冻液?这些问题到现在都没有答案。
_ _ _ _值得补充的是,科学家发现青蛙也会自己制造防冻液。在实验室里,科学家们冷冻许多青蛙,然后在5-7天后慢慢解冻。这些青蛙解冻后仍然活着。经过仔细的分析和研究,科学家们终于发现了青蛙能够生存的秘密。他们在这些青蛙的体液中发现了一种常用于防冻剂的物质:甘油。与昆虫类似,这种物质在春天这些青蛙的液体中已经找不到了。
_ _ _ _至今,人们还未能彻底揭开动物冬眠的神秘面纱。但是通过不断的探索,科学家们意识到研究动物冬眠不仅有趣,而且有价值。
冬眠是指温血动物——一些哺乳动物和少量鸟类,在寒冷季节会通过降低体温而进入昏睡的生理状态。人们研究动物冬眠,主要是针对温血动物。因为他们可以准确而有目的地控制自己的体温。
欧洲刺猬一些哺乳动物(如蝙蝠)不间断地冬眠。其他(如睡鼠、睡鼠、刺猬、土拨鼠或Zoroach)的冬眠伴随着短暂的苏醒。
冬眠动物的冬季行为
在秋天,冬眠的动物有机会寻找冬眠的地方:中空的树干和洞穴,在里面铺上草、稻草、树叶和毛发作为垫子。在这样一个精心布置的庇护所里,它们会三五成群地蜷成一团,耷拉着眼皮,以这种低能量的形式——Torpor(拉丁语:沉闷)度过冬天。他们的体温会降到1到9摄氏度。所有身体机能都会大打折扣。呼吸非常微弱,心跳缓慢,对外界刺激的敏感度降低。如果你用红外相机拍摄冬眠的蝙蝠,你会看到蝙蝠的身体是深蓝色的。比如土拨鼠冬眠时,体温会从39摄氏度降到7摄氏度。心跳从每分钟100降到2、3拍。呼吸频率可延长至每小时一次。肠道和肝脏的代谢产物会被收集在肠道的下部,醒来后排出体外。动物冬眠时会停止进食,或者在短暂的清醒状态下进食。冬眠动物靠自己的脂肪生存。尤其是棕色脂肪组织,它位于肩部和颈部,是非常重要的能量来源,尤其是当外界温度升高,动物从冬眠中醒来时,冬眠会持续几个小时。在觉醒过程的后半段,动物可以通过晃动身体(屈肌和伸肌同时收缩,一种高能动作)将体温提高到正常水平。温度越高,动物呼吸越快。
冬眠的时间长度
冬眠的时间长短因动物而异。欧洲刺猬3到4个月大。冬眠的老鼠可以睡6到7个月(名副其实)。但我们不能简单地认为冬眠是几个月不间断的过程。相反,更常见的冬眠是间歇性的,长时间的休息状态和短时间的觉醒状态插在低代谢中。但是,动物不可能总是醒来,因为每次醒来都需要消耗能量。醒的次数太多,会导致脂肪储存过早耗尽,以至于明年春天他们真正醒来的时候就没有“脂肪”可用了。
社交冬眠
一些冬眠动物如土拨鼠甚至群居冬眠。在每个冬眠的地方,多达20只成年鼠和幼鼠会靠在一起,这样它们可以互相取暖,不会被急剧下降的气温所伤害。尤其是脂肪储存量较少的幼鼠,它们可以在这种冬眠模式下度过严冬。
冬眠的可能诱发因素
一直认为冬眠的诱发因素是一些外界因素,如环境温度下降、秋季食物不足等。但也有专家认为,白天逐渐变短是一种冬眠信号,会导致一些内在因素的变化,如激素水平的变化、季节性生物钟的调节等。生物钟似乎会影响动物的行为,比如脂肪的储存和冬眠的准备。还有冬眠场所高浓度二氧化碳的麻醉作用,也可能是冬眠的诱发因素。
春天的觉醒
春天苏醒的原因还不清楚。环境温度的升高和代谢产物的积累可能是觉醒信号。冬眠的动物醒来时体温会慢慢升高。激素会导致褐色脂肪组织分解,为体温最初的升高提供能量。当体温达到15摄氏度时,肌肉会开始颤抖,进一步使身体变暖。在有重要器官的胸部和头部,温度会比身体其他部位恢复得更快。
冬眠对记忆的负面影响
维也纳大学在对欧洲黄鼠的研究中发现,冬眠几个月会对冬眠动物的记忆产生负面影响。与不冬眠的动物相比,欧洲地松鼠无法解决它们在冬眠前学会的任务,如在迷宫中寻找正确的路线或控制食品机器的杠杆。一种可能的解释是冬眠减少了神经的活动。科学家甚至证明,大脑中的神经元连接在冬眠期间会断开。
冬眠的鸟
不仅哺乳动物冬眠,一些鸟类也冬眠。蜂鸟在食物匮乏和寒冷的情况下会降低新陈代谢,进入僵硬的睡眠状态。在饥饿的状态下,幼小的楼燕在睡眠中会进入变温状态,这样它就不需要像真正冬眠的动物那样降低那么多体温。鸟类不像哺乳动物那样冬眠。
概念辨析
寒假
棕熊在巢穴中的冬季休息(德语:Winterruhe)与冬眠不同。在冬季休息期间,棕熊的体温不会像真正的冬眠动物那样下降很多。这个没有大规模降温的冬歇期,在獾、松鼠、浣熊身上也能看到。在这个冬歇期,这些动物经常醒来并改变它们的睡眠姿势。棕熊会在窝里度过七个月,半睡半醒,不吃不喝不排便,只靠自己的脂肪生活。美国科学家发现,这种半睡眠状态是由一种名为冬眠诱导触发HIT的激素引起的。这些物质可以使棕熊熬过冬天而不丧失肌肉力量。一个人在类似的状态下,比如在病床上,会丧失90%的肌肉力量。
鹿的冬季休息状态
最近发现,原生鹿在冬季也会将体温降至15摄氏度,进入休眠状态。通过将代谢率降低到夜间水平,鹿可以度过这个寒冷的季节。维也纳大学的兽医研究发现,食物的丰富程度会影响这种体温和新陈代谢的调节机制。蛋白质丰富的食物,冬季不常见,可能会不必要地增加动物的代谢率。所以冬季饲养不当会导致春季饥荒,因为冬季鹿的新陈代谢并没有下降,而森林中的草料消耗量过大,导致春季草料短缺。
维也纳大学的兽医研究人员认为,冬眠和冬歇期之间的界限不再清晰。许多动物可以通过类似的调节机制降低新陈代谢和体温,海豹和鲸鱼在长期浮潜过程中也可能使用相同的机制。
变温动物的冷冻状态
与冬眠相反的是一种冰冻状态,这种状态可见于许多生活在某些特定气候区域的温血动物——蜗牛、一些昆虫、大多数爬行动物(蛇、龟、蜥蜴)和两栖动物(蟾蜍、青蛙)。蝾螈会有3到4个月,慢肢蜥蜴和龙纹蝰蛇会有4到5个月,雨蛙和沙蜥会有5到6个月的冰冻状态。
夏季睡眠和干燥睡眠
还有就是夏睡。生活在热带地区的鳄鱼和蛇(如死亡蝰蛇)在旱季会在泥潭等地度过夏天。生活在温带的勃艮第蜗牛会在夏天睡觉,或者缺水的时候干睡。还有一些青蛙和蟾蜍,如角蟾或非洲牛蛙(Pyxicephalus adspersus),它们也在夏天睡觉。夏季睡眠的生理功能是在炎热缺粮的季节保存能量;和冬眠一样,这些动物在夏季睡眠时会降低新陈代谢。上面提到的两栖动物甚至会使肠道容量减少40%。这样可以减少60%的食量。不缺食物的时候,肠道会恢复到原来的大小。