動物血液被凍住后還能復活嗎？為什么有些動物會在夏天進入冬眠？

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此時此刻，在高緯度地區，許多動物為了躲避嚴寒和食物驟減，進入到冬眠或類冬眠狀態。

以人類視角解讀，冬眠頗有些“順其自然”的哲思意味：遇到生存困境干脆一睡了之，待到睜眼之時，冰川消融，萬物復蘇，又可以繼續生長和繁衍。

為了減少冬眠期間的能量消耗，動物會主動降低新陳代謝速率。以馬達加斯加的矮狐猴為例，它們的心跳能從每分鐘300次降至6次，呼吸頻率能從每秒1次變為10分鐘1次，體溫也從35度左右一下滑至和環境溫度差不多。

矮狐猴屬的動物會在冬季進入4~5個月長的冬眠，靠儲存在尾巴的脂肪提供能量|Animalia

于是網友發問，有沒有動物的體溫能隨環境降至冰點以下，那時它們是否會因血液凍結而死亡？比如，冬天時被凍成冰坨的青蛙，解凍后還能不能活過來？

還有網友對“冬眠”一詞提出了根本性的疑問，問為啥有動物在炎炎夏日也可以進入冬眠狀態，還有人說黑熊的冬季長眠不算冬眠？

是不是有些暈了？本篇文章，讓我們一起聊聊動物冬眠那些事。

-3度的血液

說到冬眠動物，就不得不提大名鼎鼎的北極地松鼠。

大約40年前，研究北極生物學的布萊恩·巴恩斯好奇，這種小型嚙齒哺乳動物如何熬過北極圈的寒冬，便在冬眠季前，向它們的胃中裝入可以傳輸溫度信息的無線電裝備。

最后的讀數讓他大吃一驚：冬眠時，北極地松鼠的核心體溫可以降至-3攝氏度。

布萊恩·巴恩斯（Brian Barnes）|阿拉斯加大學系統

這種溫度對哺乳動物來說是致命的，因為哺乳動物的血液在-0.5~-0.7度間會開始結成冰晶。尖銳的晶體會刺穿紅細胞的細胞膜并讓細胞脫水坍塌，最終導致個體死亡。不過神奇的是，在這樣的溫度下，北極地松鼠的血液并沒有結冰。

對其血液樣本進行分析后，研究人員發現，北極地松鼠保持血液流動的秘訣不是分泌出了某些物質，反而是“做減法”，讓血液變得干凈無比，以至于冰晶找不到能成形的地方。

冬眠中的北極地松鼠，它是目前哺乳動物最低體溫的紀錄保持者|Joel Sartore

在物理學中，有一個名詞叫“成核點”，這是指物質發生相變的最初位置。比如，可樂中的二氧化碳要想從液體變為氣體就需要找到一個平面來結核，這就是為什么可樂與瓶身接觸的位置氣泡冒得最兇——瓶壁是巨大的成核點。

同樣的道理，如果血液想從液態變為固態也需要依靠成核點來完成，這些成核點可以是死細胞碎片或是微小的氣泡。

然而通過某種科學家還不清楚的機制，北極地松鼠可以在冬眠前將血液中的雜質清除干凈。水找不到能成核的位置，便不容易結晶。

將手或吸管插入汽水中后，表面會產生大量氣泡，相當于為氣體形成提供了成核點|ISP tutor

當然，它們的抗凍能力也不是沒有極限。布萊恩的同事曾經將一只冬眠中的北極地松鼠放進冷凍風洞里，然后逐漸降低溫度。當溫度來到-26度時，松鼠開始戰栗并有了蘇醒趨勢。

科學家估計，如果溫度繼續下降，北極地松鼠的血液就可能凍結，因此它們會結束冬眠狀態，并讓體溫回升。

有選擇性地凍結

面對極端低溫，有的動物設法讓血液保持流動，有的動物卻有選擇性地讓部分血液先凍起來。

木蛙是唯一生活在北極地區的兩棲動物，每年，一捕捉到冬天的訊號，它們就會鉆進落葉堆中，準備開啟類冬眠模式。

處于類冬眠狀態中的木蛙|Fish and Wildlife Service

起初，冰晶先在它們的皮膚上凝結，隨后便向內侵入血液和器官。最后，木蛙體內三分之二的液體都會變為冰塊，整個蛙看起來就像個冰坨，沒有心跳，沒有呼吸，也檢測不到任何腦活動。變為冰塊還能復活的秘訣，就在于沒有凍起來的那部分。

當木蛙的皮膚上開始出現冰晶時，它們的大腦就會發出信號，讓肝臟加速將儲存的糖原轉化為葡萄糖。葡萄糖隨后順著血液抵達全身各處，并與尿素一起進入細胞，形成高效的“生物防凍液”。

Science Friday

由高濃度葡萄糖和尿素組成的“防凍液”有幾大作用。首先，“防凍液”顯著增加了細胞液濃度，從而使冰點降低，讓細胞內部更不容易結冰。其次，高濃度葡萄糖對細胞膜和細胞器也能起到一定程度的保護作用，就算產生了冰晶也不至于輕易將膜系統戳破。

“防凍液”還能抵消掉細胞內外的滲透差，防止細胞脫水成“葡萄干”。

木蛙的血糖濃度能在短時間內飆升50~100倍|Wikipedia by Brian Gratwicke

所以說，雖然表面看木蛙的血液被凍住了，但是真正結冰的是以水分為主的血漿部分，紅細胞內部卻沒有結冰遭到損壞。同理，木蛙體內其他關鍵器官的細胞也在“防凍液”的保護下沒有受損，待春天到來，冰晶融化，水分將重新流回細胞內。

那時，木蛙的心跳、血流和呼吸會漸漸恢復，然后“嘎”一聲（是的，聲音如鴨）投入到新一輪的飲食、生長和交配中。

“奇怪”的冬眠

不管是讓血液凍住或不讓血液凍住，嚴寒是讓這些動物進入冬眠或類冬眠狀態的主要誘因。

然而對于矮狐猴、尼羅鱷、沙漠龜等動物來說，它們卻會在一年中最炎熱和干旱的時節進入類似冬眠的狀態，以減少水分散失和脫水發生——頗為反直覺的感覺。

其實只要牢記一點就好。冬眠或類冬眠狀態是動物為了保存身體能量而進入的一種新陳代謝大幅度降低的休眠狀態，其發生并不取決于季節本身，而取決于環境壓力。

高溫時期，沙漠龜會鉆進深洞，一連幾周甚至整個旱季都不露面|animalia

比如澳大利亞的針鼴會在森林火災后進入類似冬眠的狀態，等生態環境恢復得差不多時，才重新活躍起來。還有研究指出，小型哺乳動物可能會為了活命進入到休眠中，畢竟這種狀態下生命體征微弱，更不容易被天敵發現，死亡概率比正?；顒訒r低了5倍。

再有就是為什么會有“冬眠”和“類冬眠”的說法。這其實是因為中文里的冬眠是一個過于籠統的詞匯，在生物學中，判斷是否為真冬眠主要有兩點：一，新陳代謝率是否顯著下降（下降90%左右）；二，動物是否可以自主回升體溫。

可以將黑熊的“冬眠”稱為淺冬眠|North American Bear Center

黑熊其實就不算真冬眠，因為它的代謝率大約只下降了一半多，你甚至可以將其迅速喚醒。冷血動物（青蛙、烏龜等）由于體溫主要隨環境變化，無法自主控制，所以也不算真冬眠。能真冬眠的動物實際上不算多，比如有矮狐猴、北極地松鼠等部分嚙齒類動物、部分刺猬等食蟲類動物和一部分蝙蝠。

來源：把科學帶回家

編輯：晨曙

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