北美的草原上，十三條紋地松鼠正沈睡在地下。
沈睡的十三條紋地松鼠
（圖片來源：Courtesy of the Gracheva lab）
冬眠，對它們來說並不稀奇，但一個謎題讓研究者們為之著迷：這種地松鼠能在冬天蜷縮在地穴中，不攝入任何水分，卻能奇跡般地保持生存。這個謎題吸引了耶魯大學的兩位研究員——艾琳娜·格拉切娃（Elena Gracheva）和斯維亞托斯拉夫·巴格萊恩采夫（Sviatoslav Bagriantsev）。
科學家們想知道，這些小地松鼠是否真的不需要水？或者，它們的身體是否找到了某種「對抗口渴」的方法？研究結果最終發表在了【Science】上。
冬眠時的地松鼠確實需要水
為了找到答案，格拉切娃和她的團隊決定從體液變化入手。他們首先將目光釘選在地松鼠冬眠期間的兩種狀態上：低溫蟄伏和間歇性喚醒。低溫蟄伏時，松鼠的身體像一個「待機」的機器，體溫降至接近冰點，代謝幾乎停止。而在間歇性喚醒時，松鼠的體溫回升到37°C，心跳、呼吸等生命體征也恢復了「活躍模式」，但它們並不會外出覓食或飲水。
間歇性喚醒（Interbout Arousal, IBA）是冬眠動物在漫長的冬眠過程中，短暫蘇醒的一種特殊狀態。這種狀態在所有冬眠動物中都非常普遍，例如地松鼠、刺猬和蝙蝠等。盡管這些動物的大部份時間都處於低代謝的「低溫蟄伏」狀態，但它們每隔幾周就會經歷一次短暫的覺醒過程。
左側為活躍狀態下的松鼠正在飲水的場景，右側為間歇性喚醒狀態下的松鼠。
間歇性喚醒狀態下的松鼠似乎不熱衷於直接飲水。
（圖片來源：參考文獻1）
科學家們從檢測松鼠的血液入手，尋找口渴的「蛛絲馬跡」。他們將從低溫蟄伏和間歇性喚醒狀態中「喚醒」的松鼠血液樣本進行分析，結果發現了一些有趣的變化：間歇性喚醒時，松鼠血液中的血管收縮素II（一種可以讓人產生強烈口渴感的激素）水平比平時高出了兩倍，而醛固酮（促進體內保留鈉和水的激素）水平更是達到了平時的三倍！
A：在間歇性喚醒狀態（IBA）下，血清血管收縮素II濃度顯著高於活躍狀態（Active）
B：間歇性喚醒狀態（IBA）下的血清醛固酮水平明顯高於活躍狀態。（圖片來源：文獻1）
按道理，這些激素水平升高會讓它們感到口渴，但奇怪的是，這些松鼠完全不表現出飲水的欲望。
科學家們還做了一個對比實驗，他們讓活躍的松鼠在正常飲水和濃鹽水之間做選擇。
結果，活躍的松鼠幾乎不喝鹽水，但間歇性喚醒狀態的松鼠卻大口大口地喝鹽水，顯然對鹽水的需求更高。 這說明松鼠的身體在冬眠時確實缺水，但它們卻壓抑了對水的渴望 ，而是優先攝取鹽分——一種對維持體液平衡至關重要的元素。
活躍狀態的松鼠對水（藍色曲線）的飲用時間顯著高於0.5 M NaCl溶液（粉色曲線）
（圖片來源：文獻1）
就像沙漠中的駱駝一樣，松鼠的身體似乎也有一種特殊的智慧，能夠「分清主次」，在缺水時更關註電解質平衡，而非單純補水。
但它們找到了「對抗口渴」的方法
接下來，科學家們將研究重點轉向地松鼠的大腦，尤其是兩個負責調節體液的區域：穹窿下器官（SFO）和終板血管器官（OVLT）。這些區域就像「口渴警報器」，一旦血液中的鹽分過高或水分不足，就會向大腦發出訊號，讓我們感到口渴。
地松鼠大腦中SFO和OVLT的位置
（圖片來源：frontiersin）
為了觀察這些區域是否「關閉了警報器」，研究團隊進行了一個非常巧妙的實驗。他們給松鼠註射了一種帶有熒光標記的血管收縮素II，想看看這種激素是否還能在冬眠的松鼠大腦中正常「點亮」。
十三條紋地松鼠
（圖片來源：thescientist）
但當科學家們進一步用電生理技術檢測這些神經元時，卻發現了一個重大線索：冬眠中的神經元雖然能接收到訊號，但它們的活性大幅降低，就像被按下了「靜音鍵」。更有趣的是，這些神經元對一種叫做GABA的抑制性化學物質非常敏感， GABA的作用就像一副耳塞 ，讓神經元「聽不見」渴感訊號。
簡單來說，十三條紋地松鼠在缺水時能透過抑制大腦渴覺神經元的活性，將能量集中用於更關鍵的生理需求。這一機制表明，渴覺並不是被完全關閉，而是被「調節」到一個更適合冬眠的狀態。
十三條紋地松鼠
（圖片來源：Squirrel Gazer）
在應對饑餓的方面，科學家從達烏爾黃鼠（Citellus dauricus）身上找到了一些答案。2009年，科學家發現，這種松鼠在冬眠時會將代謝率降到最低，就像一台待機的電腦，只保留最基本的「背景執行」。
達烏爾黃鼠
（圖片來源：gbif）
科學家們檢測了它們體內的代謝酶和棕色脂肪組織（BAT）活性，結果發現，它們的靜息代謝率下降到僅為夏天的10%，幾乎每一口脂肪都被小心翼翼地儲存和使用。而棕色脂肪（Brown Adipose Tissue, BAT）中的酶活性在需要時迅速升高，幫助它們在偶爾「短暫蘇醒」時快速升溫，就像一部剛插電的加熱器。
棕色脂肪是一種特殊的脂肪組織，與我們熟悉的「普通脂肪」——白色脂肪（White Adipose Tissue, WAT）不同，它的主要功能不是儲存能量，而是產生熱量，幫助維持體溫。它可以被看作身體的「生物暖氣片」，尤其在寒冷環境下顯得尤為重要。
這種能量管理能力，讓達烏爾黃鼠在長達5個月的冬眠中，從容度過了沒有食物的日子。
冬眠不用排尿嗎？
渴倒是解決了，那尿呢？不尿尿的話，毒素不會在體內積累嗎？但對於北極地松鼠（Spermophilus parryii）來說，這卻是一個可以迴圈利用的「資源」。
正在冬眠的北極地松鼠
（圖片來源：guardian）
2014年，阿拉斯加大學的布萊恩·巴恩斯教授發現，這些松鼠在冬眠時幾乎不排尿，但它們的身體卻不會因為毒素積累而中毒。原因在於，它們的腸道微生物像一個「化工廠」，能夠把尿素分解成胺基酸，再次利用。這種機制不僅減少了代謝廢物的積累，還讓松鼠能在冬眠中維持必要的蛋白質合成。
說到極端的冬眠策略，不得不提到北美的木蛙（Rana sylvatica）。這些青蛙在冬天真的會凍成「冰塊」，心跳停止，血液結冰，但到了春天，它們還能奇跡般地復蘇。怎麽做到的？
北美的木蛙
（圖片來源：earthlymission）
科學家發現，這些青蛙在凍住之前，會釋放大量的葡萄糖進入血液。這些糖分就像防凍液一樣，保護它們的細胞不被冰晶刺破。 就像一塊儲存良好的冰激淩，即使冷凍後解凍，也不會變成一攤水。
結語
無論是不易口渴的地松鼠、節能高手達烏爾黃鼠，還是冷凍大師木蛙，每一種生命都在以自己的方式，展現著令人嘆為觀止的生存藝術。而我們，也許正站在這些動物智慧的肩膀上，尋找通向未來的答案。
參考文獻：
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出品：科普中國
作者：蘇澄宇
監制：中國科普博覽
