冬眠

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冬眠也叫“冬蛰”。某些动物在冬季时生命活动处于极度降低的状态,是这些动物对冬季外界不良环境条件(如食物缺少、寒冷)的一种适应。熊、蝙蝠、刺猬、极地松鼠青蛙、蛇等都有冬眠习惯。

目录

基本简介

冬眠(英语:Hibernation),也叫“冬蛰”。某些动物在冬季时生命活动处于极度降低的状态,是动物对冬季外界不良环境条件(如食物缺少、寒冷)的一

冬眠的青蛙

种适应。蝙蝠、刺猬、极地松鼠等都有冬眠习惯。冬眠是一些恒温动物(哺乳类与鸟类)在寒冷冬季时其体温可降低到接近环境温度(几乎到0℃),全身呈麻痹状态,在环境温度进一步降低或升高到一定程度,或其他刺激下,其体温可迅速恢复到正常水平。

冬眠,是变温动物避开食物匮乏的寒冷冬天的一个“法宝”。你看,冬天一到,刺猬就缩进泥洞里,蜷着身子,不食不动,它几乎不怎么呼吸,心跳也慢得出奇,每分钟只跳10~20次。如果把它浸到水里,半小时也死不了,可是当一只醒着的刺猬浸在水里2~3分钟后,就会被淹死,这是为什么呢?

冬眠时,动物的神经已经进入麻痹状态。有人曾用蜜蜂进行试验,当气温在7~9℃时,蜜蜂翅和足就停止了活动,但轻轻触动它时,它的翅和足还能微微抖动;当气温下降到4~6℃时,再触动它却没有丝毫反应,显然它已进入了深沉的麻痹状态;当气温下降到0.5℃时,它则进入更深沉的睡眠状态。由此可见,冬眠时神经的麻痹深度是与温度有密切关系。

另外,冬眠时,动物体温显著下降。据研究,黄鼠在130个昼夜的冬眠时间中,共放出70卡热量,但冬眠过后的13.7个昼夜中,就能放出579卡热量。一般来说,动物在冬眠过程中,每昼夜只能放出0.5卡热量,但在它苏醒后,兴奋的时候,每昼夜则能放出42卡热量。由此可见,冬眠动物体温下降时,机体内的新陈代谢作用变得非常缓慢,所以仅仅能维持它的生命。

动物皮下脂肪,一方面可以保持体温,更重要的是供给冬眠时体内的消耗。一般动物在冬眠前的体重,都比平时增加1~2倍,冬眠之后,体重就逐渐减轻。如冬眠163天的土拨鼠体重减轻35%;冬眠162天的蝙蝠体重可以减少33.5%。

冬眠的动物

动物在冬眠时,血细胞还会大大减少。平时,1立方毫米土拨鼠血液中,会有12180个白细胞,但冬眠时平均只有5950个,然而,让人奇怪的是,尽管体内“卫士”──白细胞大大减少,但冬眠动物却从来没有发现生病的。那么,为什么每年到一定的时候,动物就会进入冬眠呢?

哺乳动物中的单孔目、有袋目、食虫目、翼手目、啮齿目及灵长目中的个别种类,鸟类中的褐雨燕及蜂鸟等都有冬眠行为,称之为冬眠型动物。这类动物体型较小而代谢率较高,比大型的恒温动物,相对地要消耗更多的能量才能维持恒定体温。熊及臭鼬等动物在冬季呈麻痹状态,但体温不降低或降低少许,且易觉醒,有半冬眠动物之称。变温动物到冬季亦呈麻痹状态,但它们的体温是随环境温度被动地变化,在温度降低到可耐受温度以下时,不会被激醒,而是被冻死。这种行为与恒温动物的冬眠完全不同。称之为蛰眠。

冬眠型动物的年度周期可分为非冬眠季节(生殖季节)与冬眠季节。北京地区的刺猬约于3月底出眠,并立即进行生殖活动,完成生殖后便转入肥育期,一直到10月初,是非冬眠季节;10月-3月是冬眠季节。此时,动物蜷缩不动,不吃不喝,代谢率降低到最低水平。在这两个季节里,动物的生理状态迥然不同,但又互相依存。非冬眠季节后期的肥育为冬眠储存能量,在冬眠季节后期,性腺开始发育,动物出眠后便可立即进行生殖活动。冬眠型动物在非冬眠季节中,其体温是恒定的,而在冬眠季节体温是可变的。故特称为异温动物。在非冬眠季节里其体温也有2~5℃的波动,而与其亲缘相近的非冬眠型动物的体温波动仅0.5℃左右。此外,冬眠型动物对低温的耐受能力也显然地大。人的致死低体温是29~26℃,大鼠是15~13℃,而冬眠型动物则可耐受接近0℃的低体温,甚至超冷状态,如蝙蝠超冷到-9℃仍可复苏,自动产热使体温上升到正常。这是异温动物区别于恒温动物或变温动物的重要特征。  

概念辨析

动物以中止生活活动的状态去越冬,称为冬眠。通常是指恒温动物季节性的非活动状态,但广义地也适用于陆生变温动物(节肢动物、陆生贝类、两栖类、爬虫类等)的越冬。变温动

冬眠的老鼠

物的体温随着冬季的到来与外界温度一起下降,以至很快变得不能进行生活活动的状态。但在这之前,则向避风和温度下降不剧烈的地方移动而进入冬眠。一般多选择阳坡的地下或石头下面等处。作为冬眠的准备,动物在体内蓄积脂肪。对于昆虫类,可依种的不同,分别选择卵、幼虫、蛹、成虫的某一个阶段越冬。

恒温动物中的冬眠动物有刺猥、松鼠、山猫、蝙蝠等小形哺乳类。它们与大形动物相比,其体表面积与体积之比大,因而放热比例也大,在冬季缺乏维持体温所需的产生能量的食物。所以冬眠就是对这些条件的一种适应。寒冷、食物和水的不足以及昼间缩短等刺激,作用于脑下垂体—内分泌系统而诱发冬眠,不过发生机制尚不甚清楚。为了准备冬眠,在体内合成大量脂肪,或者把食物贮藏在巢穴内。组织脂肪的不饱和度增高,融点下降。体温缓慢下降,形成仅比外界温度高0.5—2.0℃的状态。心搏数、呼吸数、代谢量仅成正常状态的几十分。血糖也下降,血清中的Mg2 增加。冬眠动物与非冬眠动物相比,以及冬眠期与非冬眠期相比,其组织的抗寒性强,特别是细胞膜的机能可在极低的温度下保持正常。在冬眠中,体温调节机能并没有完全丧失,当体温达到某一限度时,调节机能发生作用,有的开始苏醒而活动。许多种动物在冬眠期间能定期苏醒,进行排泄和食物。与进入冬眠的情况相比,而苏醒时的体温变化(上升)快。在交感神经系统的支配下,颈部和肩甲部的褐色脂肪组织活化,产生大量的热量。这种热随着血流传到身体各部。以肉为食物的熊和臭鼬冬天守在洞里,则不属于上述的真正冬眠,而是近于睡眠的状态,体温的下降只在数度以内,对外界的刺激能立即做出反应。  

分类阶段

冬眠可分为入眠、深眠和出眠3个阶段。入眠动物体温开始降低到稳定地接近环境温度的过程,大约需要一到数日。  

入眠

入眠的外界刺激因素主要是温度。各种动物入眠的环境温度上限相差很大:蝙

冬眠的蛇

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。  

深眠

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)。  

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、化学刺激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。  

诱发因素

冬眠的诱发因素是些外在因素,如环境温度的下降和秋季食物短缺。但一些专家

冬眠的松鼠

认为,逐渐缩短的白昼是一种冬眠信号,它会导致一些内在因素的改变,如激素水平的变化和季节性变化的生物钟的调节。生物钟看来会影响动物的行为,如脂肪贮存和为冬眠作准备。还有正待研究的关于冬眠地点高浓度二氧化碳麻醉作用,可能也是冬眠的诱发因素。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摄氏度时,肌肉会开始颤抖,进一步暖和身体。在有着重要器官的胸部头部温度会比起其它身体部位更快的恢复。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。

动物的冬眠受自然条件影响最大。外界刺激越多,内部本能的适应能力越强。首先,外界温度对动物冬眠有重要影响。当周围环境温度在5℃一10℃时,最宜引起冬眠。其次,食物的缺乏是促成冬眠的因素。对于鸟类,一般只要限制食物或者是让它饥饿,它就会立即进入昏睡状态。再次,光也是引起冬眠的重要外界条件。如果光线时间减少或昏暗时,动物便很快开始冬眠。  

调节机制

由以上所述的呼吸、循环和体温的调节活动,可知中枢保持着积极活动。用放射自显影方法研究金背黄鼠的中枢活动,发现在入眠、深眠及激醒等不同的阶段,其中枢活动的核团都不一样,说明冬眠的各阶段是由不同的中枢调控的。尚未发现调控冬眠的特定中枢核团。脑电图的研究指出,冬眠时可能只有10%的神经元处于活动状态,冬眠和睡眠的脑电图颇为相似,因此可以认为冬眠可能属于慢波睡眠的体温调节扩展。控制体温调节的视前区-下丘脑前部(PO/AH)在冬眠过程中也起着调控作用。升高冬眠型

冬眠的鱼

动物 PO/AH区的温度,可引起代谢产热减少而直肠温度下降;反之,降低此区的温度则增加产热引起直肠温度上升。这种反应与非冬眠型动物是一致的。而在深冬眠的动物则无此反应,若将PO/AH的温度降到1℃以下,这个反应又恢复,并引起激醒。而当动物正在激醒,体温上升时加温PO/AH,动物又会回到深眠中去。这表明冬眠动物的体温下降,并非体温调控失败,而是主动地扩大适应能力。冬眠动物对外界临界温度变化的监测,由警戒温度感受器执行,现知黄鼠的警戒温度感受器在中枢神经内部,而冬眠睡鼠则在后腿。

人们认为冬眠过程受多种内分泌腺体所调节,但是不同的实验动物或不同的方法所得到的结果很不一致,甚至互相矛盾。故这方面的进展甚慢。报道较多的是松果腺和甲状腺与冬眠的关系,较为肯定松果腺为冬眠所需。甲状腺在冬眠时则减退,甚至在肥育期便开始减少分泌,以利脂肪的积累。5-羟色胺也参与某些动物的入眠过程。有学者曾在冬眠动物血液中发现冬眠触发物及抑制物。把触发物注射到活动动物体内,能诱使十三线黄鼠在非冬眠季节入眠,如加入抑制物则能阻止触发物作用。但这一发现还有待进一步证实。  

冬眠动物

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℃之间。 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,在严紧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。在我们台湾因为天气温暖,所以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。 冬眠的哺乳动物 啮齿目 栗鼠、欧洲睡鼠、金仓鼠 翼手目 蝙蝠 食虫目 刺猬 还有青蛙 蛇 找不到有蝎子。  

冬眠行为

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着身子,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,对外界刺激的敏感性下降。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,脑部的神经元连接会在冬眠中断开。  

概念辨析

冬休

棕熊在其巢穴里的冬休(德文:Winterruhe)与冬眠不一样,在冬休过程中,棕熊的体温并不如真正的冬眠动物那样大降。这种没有大规模降温的冬休也会在獾,松鼠和浣熊身上看到。这些动物在这种冬休状态中会经常醒过来,换一下睡的姿势。棕熊会在自己的窝里这样半睡半醒的度过7个月,期中不吃不喝,也不排便,只靠自己的脂肪度日。美国科学家发现,这种半睡状态是由一种名为冬眠诱导触发子 (Hibernation Induction Trigger HIT)的荷尔蒙引起的。这些物质能够使棕熊既能度过冬天,又不至于丧失其肌力。一个人会在相似的状态,如在病床上,丧失其90%的肌力。  

鹿的冬天静息状态

最近发现,土生的鹿也会在冬季降体温降至15℃进入静息状态。通过将其新陈代谢率降至晚间水平,可以使得鹿度过这严寒的季节。 维也纳大学兽医研究发现,食物的丰足会影响这种对体温和新陈代谢的调节机制。蛋白质丰富的食物,这在冬季并不常见,可能会不必要地提高动物的新陈代谢率。因此,在冬天不恰当的喂饲会导致春季饥荒的发生,因为冬季时鹿的新陈代谢并没有下降,在森林里对草料的消耗过大,导致春季的草料短缺。

维也纳大学兽医学研究者相信,冬眠和冬休的界限不再清晰。很多动物都能通过相似的调节机制降低新陈代谢和体温,海豹和鲸在长时间的潜泳中也可能会运用到相同的机制。  

变温动物的僵冷状态

与冬眠形成对比的还有僵冷状态,这可在很多在一些特定气候区域生活的变温动物中可见–蜗牛,一些昆虫,大部分的爬行动物(蛇,龟,蜥蜴)和两栖动物(蟾蜍,蛙。蝾螈会有3到4个月,慢缺肢蜥和龙纹蝰蛇有4到5个月,雨蛙和沙蜥蜴则有5到6个月的僵冷状态期。  

夏眠和干眠

还有夏眠,在热带生活的鳄鱼和蛇(如死亡蝮蛇)会在旱季躲在泥潭等地点过夏。在温带生活的勃艮第蜗牛会在缺水的状态下进行夏眠或曰干眠。还有一些蛙和蟾蜍例如饰纹角花蟾(Ceratophrys ornata)或者是非洲的牛蛙(Pyxicephalus adspersus)也会夏眠。夏眠的生理作用是,在炎热又缺少食物的季节里节省能量;一如冬眠,这些动物会在夏眠中降低新陈代谢。在上面提到的两栖动物甚至会将肠的容量减少40%。这样,食物摄取量可以减少60%。当食物不再短缺的时候,肠又会回复到原大小

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