冬眠——動物度過冬天的“秘密武器”它也可以給人類一些啟發

當寒冷的冬天來臨時，動物有自己的過冬技巧，如蝙蝠、刺蝟、松鼠、青蛙、蛇等。不僅是這些小動物，還有熊等大型動物，都會找一個大樹洞躲起來，靜靜地冬眠。動物冬眠現象非常奇妙，引起了仿生學界的極大興趣。許多優秀的產品已經根據仿生學開發出來。讓我們從動物冬眠的現象開始。

冬眠是一些冬眠動物在冬季連續睡眠以度過寒冷冬季的行為。冬眠動物有三種：一是蛇、青蛙等兩棲爬行動物的冬眠；二是松鼠等小型恆溫動物；三是熊。冬眠期間，熊的體溫只下降幾度，接近睡眠和冬眠之間。有些昆蟲以蛹的形式越冬。

奇妙的冬眠現象

動物冬眠有許多奇妙甚至不可思議的現象。加拿大山鼠冬眠半年，蜷縮在洞穴裡，幾乎停止呼吸，脈搏變得極其微弱。它的溫度降到只有5攝氏度，幾乎和死去了一樣。

松鼠睡得更死。把一隻冬眠的松鼠從樹洞裡挖出來。它的頭好像斷了一樣。怎麼搖都不會張開眼，用針也刺不醒。只有把它烘熱才能動起來。

動物的冬眠時間差別很大，一般在3個月以上。西伯利亞的旱獺和中國北方的刺蝟一次冬眠200天，而黑貂則只冬眠20多天。

動物冬眠的主要原因有兩個。一是冬季環境溫度下降，寒冷天氣需要釋放大量能量；二是食物極度缺乏。這使得一些動物在長期的自然進化中產生一種適應性休眠狀態，以抵禦冬季低溫的不利生存條件。

冬眠動物的秘密武器之一——“冬眠素”

動物的冬眠引起了生物學家的注意。他們在冬眠動物身上發現了一系列奇怪的生理變化。心臟的跳動特別慢，肺的呼吸也很慢，一次呼吸可以持續10分鐘，至於冬眠動物的調節機制，人們還在探索，冬眠的深層秘密還遠未揭曉。

然而，已經取得了一些令人鼓舞的進展。科學家們做了一個實驗。首先，他們利用人工條件使黃鼠冬眠，抽取其血液，並將其注射到其他活蹦亂跳的黃鼠體內。這些黃鼠也立即進入冬眠狀態。實驗還表明，冬眠數週的動物血液比剛進入冬眠的動物血液對誘發冬眠的作用更強。

科學家利用計算機、示蹤原子、電子顯微鏡等技術發現：冬眠動物血液中有三種奇怪的小顆粒物質，簡稱DADLE物質，它們都是結構複雜的高分子化合物，又稱“冬眠激素”，具有誘發動物冬眠的功能。

動物的冬眠促進了“睡眠”的研究。睡眠佔據了人類生活的三分之一，對人們的生活有很大的影響。人們一直在探索睡眠的秘密。“冬眠激素”的出現啟發了人們。那麼普通動物的睡眠怎麼樣？生物學家還做了一個實驗：讓狗或山羊累得精疲力竭，長時間不睡覺，然後取一些血液或腦脊液，然後注射到貓或狗身上，只需要十分之一克，可以使它們睡幾個小時。

透過精密分析可知，睡眠激素的組分是一種類似於冬眠激素的細胞壁肽S因子，也是一種結構複雜的高分子化合物。其實，“冬眠激素”在結構和功能上也是一種“睡眠激素”，所以有時人們稱之為“睡眠素”。

與安眠藥不同，睡眠激素是大腦產生的一種內源性化合物，對身體沒有副作用。科學家們發現了幾種具有不同結構的睡眠激素，它們在睡眠過程中起著不同的作用：有的能起到催眠作用，使人很快入睡；有的能使人睡得更長；有的能使人睡得更深，更穩定。

科學家們正在加緊研究睡眠激素的結構，以便找到一種合成方法。一旦謎底揭曉，那意義可說是極其重大。首先，它可以減輕無數失眠症患者的痛苦。目前，全世界近五分之一的人患有失眠。失眠對人們的生活質量有很大的影響。大量使用各種安眠藥，其副作用令人擔憂。

其次，“睡眠激素”的出現也為醫生找到了一種新的治療方法：術後給患者注射微量睡眠激素，並根據需要使患者睡眠幾天或幾天以上。此時，睡眠是最好的，病人一醒來，傷口已經癒合。此外，在畜禽長途運輸中，餵養管理是一個難題，死亡率很高。如果使用了睡眠激素，他們在旅途中可以很方便地酣睡，在目的地醒來！

其他仿生學專家提出，破解生物冬眠密碼可以開發一種方法，誘導宇航員在太空旅行中進入“冬眠”。航天員在漫長的太空航行中可以在不影響健康的情況下睡上數月或數年，這使得人類有可能飛向廣闊的宇宙。

冬眠動物的秘密武器之二——“防凍液”

凍傷是冬季寒冷地區的常見病。凍傷的原因僅僅是因為組織細胞的凍結。冰晶形成於細胞內或細胞間。一旦活細胞被凍結，膨脹的冰晶就會破壞甚至破壞細胞膜，導致細胞死亡。即使沒有完全冷凍，細胞液的活性也會受到不利影響，這也會造成嚴重的後果。

然而，冬眠的動物在冬眠時是不可能保暖的，如何解決這個問題呢？令人驚訝的是，它們透過降低身體液體的冰點和防止細胞組織凍結，大大提高了它們的抗寒性。如何降低體液的冰點？方法是生產大量的“防凍劑”。

科學家冷凍了一些青蛙。幾天後，讓它們慢慢解凍。這些青蛙解凍後還活著。科學家發現了一種複雜的有機化合物，通常用於青蛙冷凍時的防凍劑，它可以成功地降低體內液體的冰點。這種“防凍劑”也存在於自然冬眠的青蛙體內，但當春天溫暖，花兒盛開時，這種物質在跳躍的青蛙體內就再也找不到了。

據調查，全球很多的汽車發動機故障是由冷卻系統引起的。水冷系統存在兩大問題：一是水垢附著在水箱金屬表面，使冷卻效果越來越差，也很難去除；二是水在0℃以下結冰，使散熱器結冰甚至開裂。為了解決冷卻水的問題，我們需要新增防凍劑。目前市場上的防凍劑大多是以乙二醇為主要原料的產品，然後加入一些有機或無機鹽，達到防腐、防鏽、防結垢的效果。防凍劑成分複雜，成本高，但需求量大。

冬眠動物“防凍劑”的發現讓我們眼前一亮。如此複雜的“防凍液”很容易被動物自己生產出來，而且質量如此之高，效能如此之完美。雖然不同地區冬眠動物降低冰點的“防凍劑”效能不盡相同，但它可以保護自己過冬。科學家正試圖破解這種生物“防凍劑”的複雜結構。如果能大量生產，仿生學將為人類做出巨大貢獻。