动物血液被冻住后还能复活吗？为什么有些动物会在夏天进入冬眠？

撰文 | 刘六七‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

此时此刻，在高纬度地区，许多动物为了躲避严寒和食物骤减，进入到冬眠或类冬眠状态。

以人类视角解读，冬眠颇有些“顺其自然”的哲思意味：遇到生存困境干脆一睡了之，待到睁眼之时，冰川消融，万物复苏，又可以继续生长和繁衍。

为了减少冬眠期间的能量消耗，动物会主动降低新陈代谢速率。以马达加斯加的矮狐猴为例，它们的心跳能从每分钟300次降至6次，呼吸频率能从每秒1次变为10分钟1次，体温也从35度左右一下滑至和环境温度差不多。

矮狐猴属的动物会在冬季进入4~5个月长的冬眠，靠储存在尾巴的脂肪提供能量|Animalia

于是网友发问，有没有动物的体温能随环境降至冰点以下，那时它们是否会因血液冻结而死亡？比如，冬天时被冻成冰坨的青蛙，解冻后还能不能活过来？

还有网友对“冬眠”一词提出了根本性的疑问，问为啥有动物在炎炎夏日也可以进入冬眠状态，还有人说黑熊的冬季长眠不算冬眠？

是不是有些晕了？本篇文章，让我们一起聊聊动物冬眠那些事。

-3度的血液

说到冬眠动物，就不得不提大名鼎鼎的北极地松鼠。

大约40年前，研究北极生物学的布莱恩·巴恩斯好奇，这种小型啮齿哺乳动物如何熬过北极圈的寒冬，便在冬眠季前，向它们的胃中装入可以传输温度信息的无线电装备。

最后的读数让他大吃一惊：冬眠时，北极地松鼠的核心体温可以降至-3摄氏度。

布莱恩·巴恩斯（Brian Barnes）|阿拉斯加大学系统

这种温度对哺乳动物来说是致命的，因为哺乳动物的血液在-0.5~-0.7度间会开始结成冰晶。尖锐的晶体会刺穿红细胞的细胞膜并让细胞脱水坍塌，最终导致个体死亡。不过神奇的是，在这样的温度下，北极地松鼠的血液并没有结冰。

对其血液样本进行分析后，研究人员发现，北极地松鼠保持血液流动的秘诀不是分泌出了某些物质，反而是“做减法”，让血液变得干净无比，以至于冰晶找不到能成形的地方。

冬眠中的北极地松鼠，它是目前哺乳动物最低体温的纪录保持者|Joel Sartore

在物理学中，有一个名词叫“成核点”，这是指物质发生相变的最初位置。比如，可乐中的二氧化碳要想从液体变为气体就需要找到一个平面来结核，这就是为什么可乐与瓶身接触的位置气泡冒得最凶——瓶壁是巨大的成核点。

同样的道理，如果血液想从液态变为固态也需要依靠成核点来完成，这些成核点可以是死细胞碎片或是微小的气泡。

然而通过某种科学家还不清楚的机制，北极地松鼠可以在冬眠前将血液中的杂质清除干净。水找不到能成核的位置，便不容易结晶。

将手或吸管插入汽水中后，表面会产生大量气泡，相当于为气体形成提供了成核点|ISP tutor

当然，它们的抗冻能力也不是没有极限。布莱恩的同事曾经将一只冬眠中的北极地松鼠放进冷冻风洞里，然后逐渐降低温度。当温度来到-26度时，松鼠开始战栗并有了苏醒趋势。

科学家估计，如果温度继续下降，北极地松鼠的血液就可能冻结，因此它们会结束冬眠状态，并让体温回升。

有选择性地冻结

面对极端低温，有的动物设法让血液保持流动，有的动物却有选择性地让部分血液先冻起来。

木蛙是唯一生活在北极地区的两栖动物，每年，一捕捉到冬天的讯号，它们就会钻进落叶堆中，准备开启类冬眠模式。

处于类冬眠状态中的木蛙|Fish and Wildlife Service

起初，冰晶先在它们的皮肤上凝结，随后便向内侵入血液和器官。最后，木蛙体内三分之二的液体都会变为冰块，整个蛙看起来就像个冰坨，没有心跳，没有呼吸，也检测不到任何脑活动。变为冰块还能复活的秘诀，就在于没有冻起来的那部分。

当木蛙的皮肤上开始出现冰晶时，它们的大脑就会发出信号，让肝脏加速将储存的糖原转化为葡萄糖。葡萄糖随后顺着血液抵达全身各处，并与尿素一起进入细胞，形成高效的“生物防冻液”。

Science Friday

由高浓度葡萄糖和尿素组成的“防冻液”有几大作用。首先，“防冻液”显著增加了细胞液浓度，从而使冰点降低，让细胞内部更不容易结冰。其次，高浓度葡萄糖对细胞膜和细胞器也能起到一定程度的保护作用，就算产生了冰晶也不至于轻易将膜系统戳破。

“防冻液”还能抵消掉细胞内外的渗透差，防止细胞脱水成“葡萄干”。

木蛙的血糖浓度能在短时间内飙升50~100倍|Wikipedia by Brian Gratwicke

所以说，虽然表面看木蛙的血液被冻住了，但是真正结冰的是以水分为主的血浆部分，红细胞内部却没有结冰遭到损坏。同理，木蛙体内其他关键器官的细胞也在“防冻液”的保护下没有受损，待春天到来，冰晶融化，水分将重新流回细胞内。

那时，木蛙的心跳、血流和呼吸会渐渐恢复，然后“嘎”一声（是的，声音如鸭）投入到新一轮的饮食、生长和交配中。

“奇怪”的冬眠

不管是让血液冻住或不让血液冻住，严寒是让这些动物进入冬眠或类冬眠状态的主要诱因。

然而对于矮狐猴、尼罗鳄、沙漠龟等动物来说，它们却会在一年中最炎热和干旱的时节进入类似冬眠的状态，以减少水分散失和脱水发生——颇为反直觉的感觉。

其实只要牢记一点就好。冬眠或类冬眠状态是动物为了保存身体能量而进入的一种新陈代谢大幅度降低的休眠状态，其发生并不取决于季节本身，而取决于环境压力。

高温时期，沙漠龟会钻进深洞，一连几周甚至整个旱季都不露面|animalia

比如澳大利亚的针鼹会在森林火灾后进入类似冬眠的状态，等生态环境恢复得差不多时，才重新活跃起来。还有研究指出，小型哺乳动物可能会为了活命进入到休眠中，毕竟这种状态下生命体征微弱，更不容易被天敌发现，死亡概率比正常活动时低了5倍。

再有就是为什么会有“冬眠”和“类冬眠”的说法。这其实是因为中文里的冬眠是一个过于笼统的词汇，在生物学中，判断是否为真冬眠主要有两点：一，新陈代谢率是否显著下降（下降90%左右）；二，动物是否可以自主回升体温。

可以将黑熊的“冬眠”称为浅冬眠|North American Bear Center

黑熊其实就不算真冬眠，因为它的代谢率大约只下降了一半多，你甚至可以将其迅速唤醒。冷血动物（青蛙、乌龟等）由于体温主要随环境变化，无法自主控制，所以也不算真冬眠。

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