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冬眠是一种状态,在这种状态中一种极端的但被调节的体温、代谢和其它生理活动的下降,作为对减少能量消耗的适应。这种定义已不包括变温有机体对环境温度下降而发生被动反应时的季节性或昼夜的蛰伏。因而,真正的冬眠限于鸟类和哺乳类动物。冬眠的物种大致可分成两类即主动式冬眠动物和被动式冬眠动物,后者如仓鼠,外部因素,包括光周期,食物和外界温度对这种冬眠周期事件的定时起主要作用。
入眠的外界 *** 因素主要是温度。各种动物入眠的环境温度上限相差很大:蝙蝠是24~28℃、刺猬27℃左右、黄鼠20~22℃、仓鼠9~10℃。光照、食物及饮水的供应也影响入眠。入眠的内部因素主要是体重。一般认为,体重迅速增加直到较稳定地停留在较高水平,则是动物已具备入眠的内部条件。否则环境温度虽低但动物仍不入眠。待体温调定到接近环境温度后,便进入深眠。 冬眠的蛇
此阶段长短不定,一般可达数月之久。这时的生理状态发生极大变化。呼吸明显减少,如刺猬的呼吸运动,从常温的每分钟6~18次,降到每分钟1~3次(28~18℃)。在此阶段有时还出现一种间歇式 (阵发性)呼吸,即在短时期较快地连续呼吸之后有一个较长的停息。与恒温动物不同,冬眠动物的间歇性呼吸属于正常的生理状态。与此同时,循环系统亦发生显著变化,心率极度减慢,冬眠蝙蝠的心率由正常的每分钟330~920次降到每分钟30次,蜂鸟由每分钟480~1200次降到每分钟48次,黄鼠由每分钟 300次降到每分钟4~7次。同时血压亦极低,仓鼠和土拨鼠的血压从常温状态的 100毫米汞柱降到50毫米汞柱,刺猬从113毫米汞柱降到35毫米汞柱。此时外周血管广泛收缩,只有最重要的胸腔器官及脑部保持着低水平的血液循环。这样就最大限度地节约能量,而保证生命活动的继续。当环境温度回升到一定高度时,深眠动物便迅速激醒,体温回升以及各系统功能恢复到正常状态(出眠)。
刺猬的出眠温度约为6~9℃(2~15℃),达乌尔黄鼠约为10℃。除这种自发性激醒外,其他外因,如电、机械、寒冷或加温、化学 *** 以及注射药物或激素都可以使冬眠动物激醒。激醒初期,呼吸由节律性转变为间歇性。经过几次阵发性呼吸之后,又变成节律性呼吸,而且频率越来越快,如刺猬可达每分钟60次,待苏醒后又趋向平静,变成每分钟36~40次。心率也一样逐渐加快到超过正常水平,然后又恢复平静,这种呼吸和心率的亢进与激醒开始时的战栗产热有关。与此同时,身体前部的血管舒张,加强心、肺和脑的血液循环,待身体前部复温后,身体后部血管才开始舒张并迅速复温。由于这样的主动复温,使得整个过程只需1.5~2.5小时便可使体温上升30多度而完全苏醒。 在冬眠过程中,动物是处于活动(常温)与麻痹(低温)交替的冬眠阵状态。活动时期约为8小时至2天。有些种类动物在此期间进行排泄或进食。大多数种类动物不进食,但进行某些生理平衡的调整。冬眠动物在长达 100多天的冬眠季节内不吃不喝而仍维持生命,是由于有充足的能量储备,而代谢又降到最低水平,为活动时的1~2%。其呼吸商接近0.7,主要靠氧化脂肪来供给能量和水分。冬眠型动物在肥育期内便储存了相当于体重30~50%的脂肪,大多数集中于皮下,不仅供给能量还有保温作用。冬眠型动物的褐脂较非冬眠型多,而经过冬眠后又减少最多。曾被人认为是与冬眠有关的内分泌腺,有冬眠腺之称。现知与冬眠动物的激醒有密切关系。
地球上可控制自己体温的动物,称为恒温动物。可因环境温度改变而调节体温的动物,称为变温性动物,这些变温动物在冬天寒冷时,体温随着下降,而活动也跟着停止,此时体内对能量的消耗也随着减少,如此在不吃食物的状态下也能维持生命。 “冬眠”的种类分为3种,第一种为蛇及蛙等两栖爬虫类的冬眠,其体温与周围环境配合,如环境温度下降则体温跟着下降而进入冬眠状态,己无法进行调节。 第二种为松鼠等动物其体温于平时保持恒温性,在进行冬眠时,可将自己体温下降到接近环境周围之温度,但为了避免体液在0℃以下结冻,其体温维持在5℃上下。 第三种为熊类,熊在冬眠时其体温只下降几度,但能长时间不进食而呈睡眠状态,在严谨的分类下应该是近于睡眠和冬眠之间。冬眠的哺乳类动物与人类身体构造上一定有什么不一样吗?答案是否定的。两者器官和组织没有差异性,只不过是冬眠的哺乳动物能够利用特殊因子来控制神经荷尔蒙系统调节器官的代谢状态,如果能找到这种控制的遗传因子,将来人类或其他动物进行冬眠也不无可能性。在天气温暖的地区,动物的冬眠时间应该很短暂,尤其是动物园内属于可冬眠性的动物在保温及避寒的设施下于冬天还是能活动自如的。故而,归纳起来,哺乳纲的冬眠动物有齧齿目的极地松鼠、栗鼠、欧洲睡鼠、金仓鼠,食肉目的熊,翼手目的蝙蝠,猬形目的刺猬,非哺乳的冬眠动物有两栖纲的青蛙和爬行纲的蛇和乌龟,冬天也找不到节肢动物门中的如蝎子一类的物种。
在秋季冬眠动物机会寻找冬眠的地方:中空的树干和地穴等,并在里面铺上草、秸秆、叶子和毛等作垫。在这么一个布置好的栖身之处它们会成群的蜷缩著身子,耷拉着眼皮,以这种低耗能的形式-Torpor(拉丁语:迟钝),度过冬天。它们的体温会降至1到9℃。所有身体机能会大幅下降。呼吸很弱,心跳变慢,对外界 *** 的敏感性下降。如果用红外线摄影机拍摄冬眠的蝙蝠,会看到蝙蝠的身体呈暗蓝色。例如土拨鼠在冬眠状态下,体温会从39降至7℃。心跳从原来的每分钟100下跌至2到3下。呼吸频率可以延至一小时一次。肠和肝的代谢产物会收集在肠的下部,并且在苏醒的时候被排出。动物在冬眠时会停止进食,或者是在短暂的苏醒状态中进行摄食。冬眠动物靠的是它们自身的脂肪度日,特别是肩胛骨间棕色脂肪组织(IBAT)。这种组织位于肩膀和颈部,是非常重要的能量来源,特别是在外界温度升高动物从冬眠状态中苏醒过来的时候,这个过程长达数小时。苏醒过程的后半段,动物通过身体颤抖,(屈肌和伸肌同时收缩,一种高放能动作)可将体温提升到正常水平。温度越高,动物呼吸得越快。 冬眠的长短 冬眠的长短随动物而异。欧洲刺猬3到4个月。冬眠鼠可睡上6到7个月。但不能简单认为,冬眠是一个长达数月不间断的过程,相反,更常见的冬眠是间歇性的,长的休止状态,低的新陈代谢中插有短暂的觉醒状态。但动物不能经常回复到醒的状态,因为每次醒来都是要耗能的,醒的次数太多会导致脂肪贮存过早耗尽,以致在来年春天的真正觉醒时无“脂”可用。 觉醒在春季 春季觉醒的原因一直未明。环境温度的升高和代谢产物的积聚可能都是觉醒信号。冬眠动物在觉醒时慢慢升高自己的体温。荷尔蒙会导致褐色脂肪组织的分解,为体温初步升高提供能量。当体温到达15℃时,肌肉会开始颤抖,进一步暖和身体。在有着重要器官的胸部和头部温度会比起其它身体部位更快的恢复。 冬眠对记忆的负面作用 维也纳大学在对欧黄鼠的研究中发现,长达数月的冬眠会对冬眠动物的记忆构成负面影响。相比起没有进行冬眠的动物,欧黄鼠在冬眠后无法解决它们在冬眠前已学习过的任务,如在迷宫中找到正确路线,或者是控制食物机器的杠杆。一个可能的解释是,冬眠会降低神经的活性。科学家甚至已证明,脑部的神经元连线会在冬眠中断开。
冬眠是一些不耐寒动物度过不利季节的一种习性。许多动物都会冬眠,每年的霜降前后,气温逐渐降低,池塘里的蛙鸣消失了,刺猬、仓鼠等也进入了洞穴开始了它们的长睡。进入冬眠的动物在体温、呼吸以及心率等方面都要发生改变,新陈代谢会降到最低。而且热血动物和冷血动物的冬眠还不同,在冬眠的时候,冷血动物体温的升降是一种被动的形式,完全由外部的环境来决定。而热血动物则不同,它们是有目的地对体温加以控制,调节到冬眠时的最佳温度后才开始冬眠。而当它们苏醒的时候,制造热量的器官会充分地调动起来,在几小时内把温度恢复到原来的水平。
研究人员经过研究发现,刺猬在冬眠的时候会把身体蜷缩起来,不吃不喝。呼吸变得极其微弱,心跳缓慢,每分钟只跳10—20次,一只清醒的刺猬放到水里几分钟就会淹死,而冬眠的刺猬半小时也淹不死。黄鼠在冬眠的130多天中总共放出的热量才29焦耳,而在冬眠过后的13天中却放出2420焦耳的热量。
动物在冬眠的时候,白血球还会大大地减少。通过对土拨鼠的实验发现,平时土拨鼠1立方毫米的血液中含有的白血球数是12180个,而冬眠时平均只有5950个。
科学家们对动物冬眠时制造热量、补偿体温消耗和保持恒温的复杂生理现象非常感兴趣,作了许多的研究,但迄今为止,有关动物冬眠诱因和生理机制还是众说纷纭,莫衷一是。
有的科学家认为,外界的刺激是导致动物冬眠的原因。外界的刺激主要有温度下降和食物不足两个方面。有人对蜜蜂做过这样的实验,当气温在7℃~9℃的时候,蜜蜂的翅膀和足就停止了活动,但轻轻的触动还是能微微抖动的,当气温降到4℃~6℃的时候,就完全进入了麻痹的状态,如果再降低温度,蜜蜂就会进入更深的睡眠状态。由此可见,动物的冬眠和温度的关系密切。实验中还发现,笼养的小囊鼠在供食充足的情况下,冬季的时候不会进入冬眠的状态。
但是有人提出,人工降温并不能保证所有的冬眠动物都能进入冬眠的状态;不少冬眠动物在进入冬季的时候就会自动地停止进食或拒绝进食,并不是由于食物不足的原因。以此来反对上述的观点。
还有的科学家提出了生物钟学说,认为是生物的节律控制了每年冬眠动物的代谢变化,恒温动物的冬眠变温现象是进化生态的一种次生性的退化,是和动物迁徙和冬季储藏食物相似的一种生态的适应,是在进化中已固定下来的一种生物节律。但是这种学说缺少事实性的根据。
科学家们发现在冬眠动物的体内存在一种诱发冬眠的物质。在对黄鼠进行的实验中,科学家在人工条件下冬眠的黄鼠身上抽取出血液,然后注射到活蹦乱跳的生活在夏季的黄鼠体内,这些黄鼠很快进入了冬眠状态。目前在冬眠动物的血液中还有3种颗粒无法鉴定。与正常的黄鼠相比,冬眠黄鼠的血液红细胞较结实,不容易分解,一种还呈褶皱状。而且进入冬眠时间长的动物的血液比刚进入冬眠的动物的血液诱发冬眠的作用更强烈。诱发动物冬眠的物质存在于血清中。我们知道,通常不同动物之间会发生物质的排异反应,但令人奇怪的是,将正在冬眠的旱獭的血清注射到清醒的黄鼠的体内,黄鼠不仅不会发生排异的反应,反而会呼呼大睡。科学家们还发现,在冬眠动物的体内不仅存在诱发冬眠的物质,还存在和冬眠物质相对抗的另一种物质。这种物质可以维持动物的正常活动和清醒状态,它和冬眠物质相结合形成复合体,当冬眠物质超过抗冬眠物质的时候,动物才会冬眠。
由此看来,动物何时开始冬眠,不仅取决于诱发的物质,还取决于诱发物质和抗诱发物质的比例。科学家推断:冬眠动物可能全年都在“制造”诱发物质,而抗诱发物质是在进入冬眠之后才产生的。该物质产生之后就会不断地上升,直到春天开始的时候才会开始下降。当它在血清中的浓度高于诱发物质的浓度时,动物就会从冬眠的状态苏醒过来。但是,对于冬眠诱发物质和抗冬眠物质到底的性质如何,为什么会引起动物生理发生这么大的变化,科学家们还是不了解。
1983年,科学家从松鼠的脑中提取到了一种抗代谢的激素。把这种激素注射到没有冬眠习惯的小鼠的体内,发现小鼠的代谢率会明显地降低,体温也会降低到10℃左右,看来激素可能也是诱发动物冬眠的一个因素。最近,又有科学家想从细胞膜的角度来探讨动物冬眠的机理。但是细胞膜的变化和神经传导是如何联系,对于动物的冬眠是否具有关键性的作用还有待于研究。
到现在为止,人们还没有完全地揭开动物冬眠的秘密。科学家们还在继续探索。让我们踏着前人的足迹,透过历史的帷幕,在奇妙的大自然里去大胆地探索寻觅吧,谜底终究会有揭开的一天。
人类没有但很多动物有,冬眠其实是一种状态,在这种状态中,动物通过睡眠,降低能耗和代谢,安稳度过冬天,是动物对不良环境条件的一种适应。
一些动物可以冬眠,让人类十分羡慕,如果人也能冬眠,就能够平安度过寒冷的冬天。大自然中可以冬眠的动物很多,比如熊、刺猬、蛇、蝙蝠、青蛙……它们在寒冷的冬季睡觉,降低了能量的消耗,储存能量,还可以解决食物的缺乏这个问题。人类之所以不能够像动物一样,冬眠之后自然苏醒。是因为我们的大脑中缺少特殊的蛋白质,一旦进入冬眠,神经元会退化,会给大脑带来更大的伤害。而可以冬眠的动物就是因为含有这个特殊蛋白质,导致它们退化的神经元会自动修复。
另外,人类的心脏和动物也不一样。进入冬眠的动物体温会降低,但是动物的心脏可以在低温下正常跳动,并且随着体温的降低新陈代谢也会变慢,对氧的需求降低,呼吸和心跳变慢,会完全进入冬眠状态,神奇的是,它们的肌肉会依然保持着活力。不过,冬眠并不意味着动物一直睡着不动,它们会偶尔活动一下,只是大部分时间都在睡觉。冬眠过程中,体内的脂肪就是它们能量的主要来源。相反,人类却不可以,人类血液如果低于28℃,心脏就会停止跳动。并且长时间的睡眠会让人的肌肉被消耗,也就是肌肉萎缩。光这一点人类就已经输给动物了。
所以说,人之所以不能够像动物那样冬眠度过冬天,是由于他本身的身体机制决定的。不过话说回来,人类的智慧弥补了不能冬眠带来的缺憾,因为冬天的时候,人们可以利用地暖、空调等各种设备来取暖。
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