北京時間12月7日消息,據國外媒體報導,在寒冷的冬季,許多動物都有冬眠的習慣,包括昆蟲類、兩棲類、鳥類和靈長類等,比如冬眠鼠、熊、蝙蝠、大黃蜂、刺蝟等等。對於所有種類的冬眠動物來說,冬眠似乎是必須而且是有益的。人類在冬季也喜歡躲進溫暖的被窩呼呼大睡,既然冬眠有益,可是人類為什麼就不會冬眠呢?科學家從研究動物冬眠的機制和原因以及人類進化歷史入手,探明了人類為什麼不會冬眠的原因。
要想弄明白人類為什麼不會冬眠,首先要搞清楚動物冬眠的原因。其中,最明顯的理由就是躲避嚴寒。冬眠是一種為了節省體力和能量的超長時間睡眠。冬眠的動物活動量大幅減少,呼吸、體溫、新陳代謝、心率也都減緩放慢或下降。在冬季,動物們這麼做也是理所當然的。在寒冷的冬季,生存環境變得更加惡劣,獵物變得很少,甚至連可食用的青草都很難發現。因此,許多動物在夏季的時候在拼命地添膘,目的就是為了存儲能量,它們圓滾滾的身體裡儲存的能量足夠維持它們活到再次睡醒。
因此,冬眠在北半球更為常見。南半球的大部分陸地接近赤道,因此冬季要比北半球溫暖一些。不過,這也不是絕對的規則。一些生活於溫暖氣候的物種也會冬眠,如生活於馬達加斯加島的希氏鼠狐猴、生活於安哥拉和辛巴威等地的南非刺蝟等。此外,冬眠現象並不局限於寒冷的月份。2015年,一項關於冬眠鼠的研究發現,即使寒冷的冬天已經結束,這些冬眠鼠仍然會繼續沉睡,有些甚至會在地下沉睡11.4個月,將近一年的時間。這是野生動物中發現的冬眠時間最長的記錄。在開展該項研究的地區,每年只有四到五個月比較寒冷。研究項目負責人之一、奧地利維也納獸醫大學科學家克勞地亞-比伯認為,「這樣的冬眠時間太長了。很明顯,肯定還有其它的原因。」
冬眠鼠。
冬眠鼠超長時間冬眠的習性可能與歐洲山毛櫸有關。歐洲山毛櫸生產的種子果實被稱為山毛櫸堅果,而這正是冬眠鼠的主要食物來源之一。在豐年時,歐洲山毛櫸會生產大量的堅果。掌握歐洲山毛櫸生產規律的冬眠鼠甚至能夠預測歐洲山毛櫸大豐收的時間。如果豐年沒有到來,它們就寧願呆在地下。雖然還有其它的食物來源,但是冬眠鼠需要收穫更多的山毛櫸堅果用於繁育後代。比伯介紹說,「它們也會吃蘋果之類的水果,這些水果也足以讓它們生存下去。但是,這些無法滿足繁育後代的需要,小冬眠鼠需要足夠的食物和能量成長。如果山毛櫸堅果沒有豐收,它們就會在這些年份暫緩生殖,寧願呆在地下以提高生存機會。」此外,比伯還認為,冬眠鼠長時間呆在地下冬眠的另一個原因是逃避捕食者的捕殺。呆在地下,可以遠離猛禽的視線。冬眠鼠呆在地下不會釋放任何氣味,因此捕食者也很難定位它們。
大菜粉蝶。
生活於西班牙南部的大菜粉蝶也有類似的習性。它們的蛹甚至在夏季也會沉睡三個月,這種行為被稱為夏眠或夏蟄。2014年,一項研究發現,這種夏眠會幫助它們逃避黃蜂的寄生。奧地利維也納獸醫大學科學家託瑪斯-魯夫表示,「此前,人們一直認為冬眠僅僅是為了節省能量,以應對寒冷的天氣和食物的短缺。現在,我們認為還有一種原因,那就是逃避被捕殺。我們知道,冬眠過程中的生存機率接近100%。」
無論哪一種原因更重要,冬眠似乎都不可避免地改變了動物原有的生活習性。比伯和魯夫開展研究所用的冬眠鼠有的已有12歲,這對於小型嚙齒類動物來說,已屬絕對高齡了。野生老鼠通常只會活三個月左右。魯夫介紹說,「通過冬眠,它們可以逃避被捕殺。當開始冬眠時,最重要的就是對自己領地的投入,如巢穴修補等。2011年,一項研究發現,冬眠的動物生長緩慢。它們更多的是保證如何生存,如何長壽。所有冬眠的動物似乎每年生殖頻率都降低了,但更長壽了。」這就意味著冬眠會影響整個生態系統的運轉,改變了動物的生殖規律,迫使捕食者尋找其它替代獵物。
冬眠鼠。
恐龍在冬季也會冬眠嗎?
對於動物們如何冬眠以及為什麼冬眠,現在已經基本找到答案,但對於冬眠的習性是何時進化形成的,科學家們還未完全弄清楚。魯夫表示,「因為沒有化石記錄。因此,現有的結論都是推斷。」曾經有人認為,生活於北極附近的恐龍可能是通過冬眠度過漫長的冬季。正常的冬眠會在動物的骨骼顯微結構中留下痕跡。然而,2011年的一項研究發現,北極恐龍化石中沒有發現這種證據。不過,比伯認為,冬眠很明顯已有數百萬年歷史。比如,三個主要種類的哺乳動物都已進化出冬眠的習性,而這三種哺乳動物早在數千萬年前就已分化開來。這表明,至少最終進化成我們人類的某些動物曾經會冬眠。
然而,我們如今已經喪失了這種重要能力。比如,如果天氣變得太冷,我們的心臟就已經無法工作。我們的心臟會對鈣做出反應,如果鈣太多會導致心臟停博。在溫度降到一定程度時,人類的心臟無法清除多餘的鈣,就會無法正常工作。相比之下,冬眠動物的心臟在體溫極低時仍可以正常跳動,因為它們擁有特殊的泵樣器官可以清除多餘的鈣,而我們沒有這種器官。
問題來了,我們人類為什麼沒有這種泵樣器官?我們的生活方式可能是一種關鍵原因。人類進化自非洲赤道附近,主要是在熱帶地區,那裡有相對較多的食物來源。這就意味著人類祖先不需要冬眠來逃避惡劣的生存環境。然而,科學家們對熱帶地區研究得越多,在那裡發現的冬眠動物越多。魯夫曾經發現倭蜂猴在12月到2月之間會冬眠長達63小時。這是一個驚人的發現,因為倭蜂猴屬於靈長類動物,與猴子和人類都是屬於同一個族類。到目前為止,僅發現三種靈長類動物會冬眠,而且都是生長於馬達加斯加島的狐猴。倭蜂猴生活於亞洲大陸,因此這一發現表明,靈長類動物冬眠習性已延展到任何人都意想不到的範圍。所有這些都意味著,人類的熱帶起源地可能已經降低了人類進化出冬眠習性的可能性。
倭蜂猴。
歐洲地松鼠。
也許同樣重要的原因還包括,我們人類屬於頂級捕食者。人類甚至可以捕獵比自己個頭大得多的動物。人類可能從來不需要逃避捕食者的威脅。人類可能只是稍微個頭大一點。冬眠的動物平均個頭比較小,體重平均僅為70克。當然,這一規律也有例外,最明顯的個例就是熊。但是熊並沒有像其它冬眠動物那樣睡得那麼沉。
實際上,對於冬眠動物來說,冬眠有各種各樣的好處。但是人類為什麼沒有選擇這一重要能力呢?原因在於冬眠也有許多不足之處。比如,冬眠中的動物幾乎沒有任何免疫能力,因此它們時刻處於被感染的危險之中。此外,冬眠還會影響記憶。2011年,維也納大學科學家伊娃-米利西訓練一群地松鼠走迷宮。然而,這群冬眠後的地松鼠記憶力低下,總是忘記剛剛記下的路線。
儘管冬眠有許多不足,但科學家們並沒有停止探索人類冬眠的可行性。荷蘭格羅寧根大學麻醉學家羅比-海寧正在與美國宇航局合作致力於這一領域的研究。海寧認為,冬眠對未來太空人來說有兩大益處。首先,可以大大減少帶入太空中的昂貴的補給物;其次,冬眠可以保護太空人們的健康。海寧解釋說,「在空間站中,讓太空人們最煩惱的事是,每天必須要進行6個小時的體育鍛鍊。否則,它們的肌肉和骨骼會萎縮。」但是,在太空中進行體育鍛鍊是相當不舒服的,因為空間站的溫度在30攝氏度以上,而且空氣中二氧化碳濃度較高。如果太空人能夠冬眠,他們就不會有此煩惱。
國際空間站上太空人在訓練。
太空人們在進行睡眠訓練。
北極熊從洞穴中爬出。
此外,冬眠理論上還可以保護生命。海寧介紹說,「相關研究報告認為,冬眠者可以不受輻射傷害,而輻射問題是太空中需要重點關注的問題。如果人類能夠冬眠,不僅僅可以免受輻射的傷害,而且可以大大延長任務時間。」海寧還認為,冬眠有助於長期的太空移民。儘管這些聽起來有些像科幻電影中的情節,但魯夫和海寧等人對這種可能性深信不疑。