为什么冬眠动物的代谢下降幅度超过单纯降温所能解释的程度
动物降温时化学反应变慢,代谢随之下降。但冬眠动物走得更远:它们会主动抑制代谢,也就是把细胞活动压制到单纯降温所能达到的水平以下。这项比较分析认为,代谢抑制是冬眠动物的重要手段,它们在体温降低之外还大量依赖这种抑制[1]。日异温动物——只在一天中部分时间进入蛰伏的物种——似乎主要靠体温下降来降低代谢,但非常小的物种以及蛰伏体温较高时可能存在例外[1]。
这两种手段之间的平衡取决于体型和蛰伏模式。小型冬眠动物同时使用代谢抑制和体温大幅下降,以最大限度地节省能量。大型冬眠动物中,代谢抑制似乎有助于在蛰伏期开始时触发代谢和体温的下降[1]。这意味着体型不同的两种冬眠动物可以通过略有不同的途径达到相近的低代谢率。
体温能降到多低,下限由什么决定
冬眠动物能耐受的最低体温因物种而异。在一项对13种野生蝙蝠的研究中,最低维持温度——即动物开始提高代谢以防止体温进一步下降的温度——从8 °C一直低到2 °C以下[4]。这一范围意味着有些蝙蝠经常让体温接近冰点,而另一些则把体温维持在比这高好几度的水平。
是什么限制了下限?证据指向多种因素的共同作用,而不是单一硬性边界。尽管蝙蝠物种的最低代谢率相近,但代谢最低时的温度各不相同,说明不同物种所能耐受或维持的体温不同[4]。水分流失也有差异:蝙蝠物种分为高蒸发失水和低蒸发失水两组,高失水组中包括那些因白鼻综合征而种群数量下降的物种[4]。这一模式与水分平衡影响动物能冬眠多久、多深相符,不过该研究并未确立因果关系。
鸟类和刺猬在不同环境中体现同样的原理
冬眠并不限于哺乳动物。一项比较鸟类和哺乳动物冬眠的研究描述了不同物种的代谢调节和体温变化,指出一些鸟类在不活动期间会大幅降低体温和代谢率[2]。这一比较支持了更宏观的图景:相同的生理手段——代谢抑制和受控降温——出现在亲缘关系很远的动物类群中。
来自半干旱和温带栖息地的刺猬,其冬眠模式、体温和耗氧量也得到了研究,表明不同环境中的物种在冬眠期间的能量消耗和体温调节可能不同[3]。这些比较进一步说明,冬眠的深度会随当地条件调整,而不是所有冬眠动物都固定不变。
本文引用的文献
冬眠和日蛰伏期间的代谢率与体温下降
冬眠动物在体温下降之外还大量依赖代谢抑制,而日异温动物主要靠体温下降,其平衡取决于蛰伏模式、蛰伏状态和体重。
鸟类的冬眠:与哺乳动物的比较
鸟类和哺乳动物的冬眠涉及代谢调节和体温变化,一些物种在不活动期间会降低体温和代谢率。
半干旱和温带栖息地刺猬的冬眠模式与能量消耗
研究测量了来自半干旱和温带栖息地的两种刺猬的冬眠模式、体温和代谢率,显示冬眠生理存在物种差异。
冬眠蝙蝠种间蒸发失水和温度反应的差异,而代谢率无差异
在13种蝙蝠中,最低冬眠代谢率相近,但最低代谢率对应的温度和最低维持温度各不相同,最低维持温度从8 °C到低于2 °C不等;蒸发失水也有差异,并分为高、低两组。
