熊冬眠的時候,到底是……怎麼拉屎的?

2020-11-24 騰訊網

出品：科普中國

製作：蘇澄宇（上海科技教育出版社）

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

一年四季？ 熊：只有三季

熊是一種典型的冬眠動物。

對於熊來說，一年主要分為三個季節：春至秋的享樂季節；秋至冬的大吃特吃季節；冬至春的睡覺季節，因為時間延綿了整個冬天，所以這段時間又被稱為"冬眠"。

冬眠前的灰熊 （圖片來源：National Park Service, via Reuters）

一起冬眠嗎？不大小便那種

熊在冬眠期間，新陳代謝速度會減慢，它們的體溫會降至1℃到9℃。所有身體機能會大幅下降：呼吸很弱，心跳變慢，對外界刺激的敏感性下降。

除此之外，還有一個很重要的點，那就是這段時間，它不會大便或小便。大小便可以排出含氮化合物，因為含氮化合物不能正常排出，熊的血液中非蛋白含氮量急劇上升。但奇怪的是，這並不會損害熊的腎臟或肝臟。

要知道，如果人類血液中非蛋白含氮量超出正常值，就會出現一系列的健康問題。人體中血液的正常含氮量為20~25毫克/100毫升（全血）。其中尿素所含的氮最多，超出這個值說明你的腎可能有問題了。血液中非蛋白含氮量的測定是臨床上判斷腎功能的一項重要指標，當腎功能衰竭的時候，血液中的非蛋白含氮化合物就會升高。這也是人類為什麼不能冬眠的原因之一，因為代謝速率過慢，導致體內的有害物質積累過多。

熊：我胖我健康，你行嗎？

並且，熊還有一個神奇的地方。

前文提到說，熊在冬眠開始前，會大吃特吃，變成一個大胖子。美國阿拉斯加卡特邁國家公園和自然保護區（Alaskas Katmai National Park）甚至還為熊舉辦了"胖熊周"活動，看看誰吃得最多，讓全世界的網友都可以參加投票，看誰才是最肥的崽。今年冠軍是熊435號Holly，它是一個妹紙。

（圖片來源：ABC News go.com）

人類如果想冬眠就也得大吃大喝來囤積脂肪，但人要吃成Holly這樣的大胖子，可就出大事了。人類如果體重大幅增加時，脂肪、肝臟以及肌肉組織細胞對胰島素的敏感度會降低，進而胰島素水平升高。胰島素增加反過來又會阻止脂肪細胞的分解，從而形成惡性循環，最終發展為胰島素抵抗。胰島素抵抗引起的血漿中高胰島素和高糖含量，則經常會導致代謝症候群、痛風和2型糖尿病。

2型糖尿病的機理 （圖片來源：Frontiers）

這點上，熊就很讓人羨慕嫉妒恨了。

科學家曾觀察過熊在冬眠前、冬眠中和冬眠後的血糖水平、胰島素水平、體重以及其它代謝指標。發現它們增重超過約45千克後，它們的細胞依然對胰島素敏感，血糖和胰島素水平也保持在穩定。雖然在冬眠開始後，熊們會經歷暫時的、季節性的胰島素抵抗期。但當春天來臨時，一切就又完全恢復正常了。

所以每年春天醒來，熊都不會因為冬眠而遇到健康問題，儘管剛起來有點昏昏沉沉的，但整體來說是健康的。簡單來說，它們在冬眠前中期雖然是一個胖子，但卻是一個健康的胖子。真是氣skr人！

最後，春天熊冬眠醒來之後，除了脂肪差不多沒了，看起來瘦了些，肌肉基本沒變化，通過吃吃吃就又能恢復了。然而，如果一個人在床上躺太久，就會出現肌肉萎縮的問題。如果一個人一直躺著不動，肌肉會以每周10-15%的速度下降。當然這種減少不會一直持續下去，直到和你一天的能量收支持平以後，就會停止。

同一隻熊的增重前和增重後的對比 （圖片來源：Washingtonpost.com）

為何熊冬眠不出毛病？全靠基因

那為什麼熊不會有這些冬眠帶來的毛病呢？

華盛頓州立大學(Washington State University)的一組研究人員今年9月在《通信生物學》(Communications Biology)雜誌上發表了一項研究，解釋了冬眠中的灰熊的細胞發生了什麼。

這所大學是美國唯一的灰熊研究中心（W.S.U. Bear Center）,那共有11隻熊，其中一些灰熊要麼是被圈養的，要麼是在野外被認定為存活有問題的熊之後，被轉移進來的。

灰熊（圖片來源：WSU Bear Center）

研究人員在一年中共3次從6隻圈養的灰熊的肝臟、脂肪和肌肉組織中提取樣本。然後在實驗室裡，研究人員分析了樣本的DNA，以了解細胞在一年中發生的變化。研究發現，冬眠對每個組織的細胞影響都是不同的。

其中，熊的脂肪組織的基因表達差異性在冬眠期間最大，而肌肉組織幾乎沒有變化。

熊的脂肪表達差異遠大於肌肉和肝臟的 （圖片來源：文獻1）

並且發現即便是同一隻熊的脂肪細胞，在一年的不同時間段，脂肪細胞中的大部分的基因也會改變它們的表達水平。要知道，研究人員之前觀察馬達加斯加矮狐猴冬眠時，它們的脂肪細胞中，只有幾百個基因會季節性地改變其表達水平。換言之，如果我們想通過基因編輯來獲得類似熊的冬眠能力，是一件很難的事，因為不是修改一兩個基因就可以搞定的……

這些基因中，與胰島素信號傳導、肌肉蛋白降解和尿素生成的相關功能基因表達量減少，而與肌肉蛋白合成相關的基因表達增加。這也就解釋了為什麼灰熊在冬眠期間能保持肝臟和腎臟的健康，並且還能夠肌肉不萎縮。說到底還是基因啊！

雖說未來人類也許會用到冬眠的能力，比如星際旅行什麼的，但那是未來的事，現階段想要完美控制人體細胞的新陳代謝，保持相對健康的水平，還是一件很難的事。所以還是趕緊在寒冷的冬日裡早起搬磚吧。

參考文獻：

[1]https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(14)00316-7

[2] https://www.nature.com/articles/s42003-019-0574-4

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