冬眠中的睡鼠

一、冬眠

冬眠可能是目前生物學(xué)中最令人著迷不解的現(xiàn)象，每當(dāng)大地即將進(jìn)入蕭條的冬季時(shí)，動(dòng)物會(huì)開(kāi)始不停的進(jìn)食，將能量以脂肪的方式儲(chǔ)存，棕熊甚至?xí)缘絻杀兜捏w重以應(yīng)付長(zhǎng)時(shí)段的饑餓。

冬眠其實(shí)不完全如你所想像中的一樣，不會(huì)一直睡一直睡直到春天到來(lái)。眠有兩種形式，一種確實(shí)會(huì)一直睡，另一種卻是周期性的醒來(lái)，因此兩種動(dòng)物的儲(chǔ)存能量的行為會(huì)有所不同；前者確實(shí)需要儲(chǔ)存大量的脂肪在睡覺(jué)時(shí)燃燒，像是棕熊、北極地松鼠，后者則會(huì)將食物收集在洞穴中，醒來(lái)的時(shí)候吃點(diǎn)東西，再繼續(xù)睡覺(jué)，大部分的鼠類諸如：睡鼠、刺猬都是如此。

二、蟄伏

把冬眠說(shuō)是睡覺(jué)其實(shí)不太精確，真正的用語(yǔ)應(yīng)該是蟄伏(torpor)，是一種改變生理機(jī)制達(dá)到降低體溫及減少代謝的狀態(tài)。

蟄伏的時(shí)間可長(zhǎng)可短，有些動(dòng)物像是鳥(niǎo)類、蝙蝠就會(huì)每天固定一段時(shí)間進(jìn)入蟄伏的狀態(tài)，以減少耗能并適應(yīng)夜晚的溫度。

人類即使每天睡覺(jué)，但并不是在睡覺(jué)期間就進(jìn)入蟄伏狀態(tài)，人類的體溫還是會(huì)維持在35度左右，并維持一定程度的代謝機(jī)能，因?yàn)槿祟惖钠鞴俨](méi)有辦法承受長(zhǎng)期的低溫及缺氧。

長(zhǎng)期的蟄伏就是冬眠的狀態(tài)，體溫、心跳、血流、代謝的降低幅度非常劇烈，土撥鼠在冬眠時(shí)體溫會(huì)從40度降到5度左右，心跳從每分鐘100下降到2、3下，這種狀態(tài)會(huì)造成血流非常的慢，器官也幾乎進(jìn)入停止運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，但卻不會(huì)因此損傷。

這種低血流卻不損傷的情況，不管是生物學(xué)家或是醫(yī)學(xué)家都非常好奇，如果能夠了解其中的機(jī)制是什么，也許就能夠研究出相對(duì)應(yīng)的藥物，讓人類的器官在中風(fēng)、心臟病、或是大出血時(shí)能因此不受損害，大大改變醫(yī)療的能力極限及延長(zhǎng)人類的壽命。

冬眠已被證實(shí)能夠延長(zhǎng)哺乳動(dòng)物的壽命；許多星際電影中常見(jiàn)的場(chǎng)景就是一群人睡在一個(gè)箱子中，度過(guò)漫長(zhǎng)的星際航行的歲月，透過(guò)冬眠，人類的壽命甚至可以達(dá)到200年，雖然其中的130年可能是在蟄伏的狀態(tài)。

到目前為止，這種想象都還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿祟惼鋵?shí)是不能承受蟄伏的生物，但是連太空總署NASA也宣布要研究冬眠的現(xiàn)象，就知道冬眠的潛力有多大。

冬眠的黑熊

三、冬眠的生物原理

以前，科學(xué)家認(rèn)為冬眠是由一個(gè)特殊的因子啟動(dòng)，時(shí)間一到，就會(huì)開(kāi)始產(chǎn)生這個(gè)特殊的分子，但是，近年來(lái)的研究表明并不是這么一回事，并沒(méi)有一個(gè)由未知基因制造的特別因子會(huì)啟動(dòng)整個(gè)冬眠的過(guò)程；實(shí)際上，冬眠是經(jīng)由調(diào)控很多不同的蛋白的表現(xiàn)量來(lái)決定的。

即使是相同的基因，也能表現(xiàn)出不同的表征。DNA要產(chǎn)生作用會(huì)先轉(zhuǎn)錄成mRNA，再轉(zhuǎn)譯成蛋白質(zhì)，最后透過(guò)一系列的修飾變成身體內(nèi)有作用的產(chǎn)物，那修飾有哪些方法呢？mRNA的剪接、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)譯后不同的修飾，都能夠改變產(chǎn)物的表現(xiàn)及表現(xiàn)量，從而改變生物的生理現(xiàn)象。

首先，腦部會(huì)產(chǎn)生出大量的adenosine，通常是用來(lái)當(dāng)作生物能量貨幣ATP、AMP等等，但在特殊的器官，會(huì)有其特殊的功能，腦中的adenosine會(huì)使動(dòng)物昏昏欲睡，也可以使心臟慢下來(lái)，這個(gè)分子已經(jīng)被開(kāi)發(fā)成治療心律不整的藥物，在臨床上使用。

其次，動(dòng)物必須從利用醣類作為能量的狀態(tài)轉(zhuǎn)為使用脂肪，因此，將醣類轉(zhuǎn)換成ATP的酵素，增加代謝脂肪的能力，提高像是丙酮酸脫氫酶激酶(PDK4)、胰三酸甘油酶(PTL)都能有效將脂肪轉(zhuǎn)為ATP

而且脂肪代謝的產(chǎn)物━━脂肪酸，在血中能夠保護(hù)細(xì)胞，在動(dòng)物缺血時(shí)減少壞死的風(fēng)險(xiǎn)，這種機(jī)制若能研究的更透澈，也許能保護(hù)中風(fēng)的病人在當(dāng)下免于細(xì)胞死亡，而增邁后續(xù)生活的品質(zhì)。

動(dòng)物能夠在每年控制體脂的儲(chǔ)存或是代謝是很奇妙的一件事，多少人每天節(jié)食、運(yùn)動(dòng)、健身就為了減少體脂率，展現(xiàn)美妙的身材，但是對(duì)動(dòng)物來(lái)說(shuō)，消耗脂肪似乎是可以調(diào)控的，如果能徹底了解，也許就能用來(lái)治療肥胖癥，讓大家想吃多少吃多少，想燃燒多少脂肪就燒多少。

巨石強(qiáng)森

再說(shuō)，動(dòng)物一動(dòng)也不動(dòng)那么長(zhǎng)的時(shí)間，肌肉卻不會(huì)萎縮，多么令人羨慕啊，如果能利用這件事，健身就不必天天做，也能維持漂亮的身材；在醫(yī)學(xué)上，長(zhǎng)期臥床的病人也可以避免肌肉的流失，而越休息就越起不來(lái)的狀況。

另外，因?yàn)樾牟偌眲∠陆担鞯乃俣纫惨虼俗兊煤?strong>慢，這在一般的情況下會(huì)造成血液容易凝結(jié)；這也是加壓止血的道理之一，透過(guò)壓迫減少血流及流速能促進(jìn)血液凝結(jié)進(jìn)而止血。

但是，生物體內(nèi)不能發(fā)生這種情況，否則會(huì)再也醒不過(guò)來(lái)，因此，增加肝臟制造抗凝血的因子是必需的，而這些抗凝血因子可以應(yīng)用到臨床上，可以用為治療因血栓導(dǎo)致的心肌梗塞、機(jī)艙癥候群等等。

如果能減少血流同時(shí)不傷害身體，受益最大的也許是外科醫(yī)生，以后再也不必?fù)?dān)心手術(shù)時(shí)大出血造成病人死亡，也能有更多的時(shí)間可以搶救重大創(chuàng)傷的病人。

為什么說(shuō)人類正常來(lái)說(shuō)不能夠進(jìn)入蟄伏狀態(tài)呢？因?yàn)楫?dāng)人類的細(xì)胞在低心流的情況下，會(huì)大量產(chǎn)生活性氧化物ROS，也就是一般抗氧化的保健食品所對(duì)抗的分子，這種分子會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)，讓細(xì)胞壞掉或突變，而動(dòng)物在對(duì)抗ROS時(shí)，會(huì)提高抗氧化物諸如：GSH、維生素C(ascorbate)的表現(xiàn)，而長(zhǎng)時(shí)的空腹會(huì)讓抗氧化的因子的表現(xiàn)增加，避免細(xì)胞受到損害。(也許這也是輕斷時(shí)的好處之一呢！)

四、結(jié)語(yǔ)

透過(guò)從各式各樣的生物上學(xué)習(xí)，激發(fā)出不一樣的點(diǎn)子，不一樣的發(fā)現(xiàn)，這就是科普文章的美妙之處??！

萌萌噠北極熊

五、參考資料

1. Mammalian Hibernation: Cellular and Molecular Responses to Depressed Metabolism and Low Temperature
   2.Hibernating bears teach scientists tricks for human hibernation
2. Biochemical mechanisms of hibernation and stunning in the human heart.
3. Investigation of mechanisms of mammalian hibernation and its possible application in medical treatment
4. The role and regulation of adenosine in the central nervous system