冬眠——动物度过冬天的“秘密武器”它也可以给人类一些启发

当寒冷的冬天来临时，动物有自己的过冬技巧，如蝙蝠、刺猬、松鼠、青蛙、蛇等。不仅是这些小动物，还有熊等大型动物，都会找一个大树洞躲起来，静静地冬眠。动物冬眠现象非常奇妙，引起了仿生学界的极大兴趣。许多优秀的产品已经根据仿生学开发出来。让我们从动物冬眠的现象开始。

冬眠是一些冬眠动物在冬季连续睡眠以度过寒冷冬季的行为。冬眠动物有三种：一是蛇、青蛙等两栖爬行动物的冬眠；二是松鼠等小型恒温动物；三是熊。冬眠期间，熊的体温只下降几度，接近睡眠和冬眠之间。有些昆虫以蛹的形式越冬。

奇妙的冬眠现象

动物冬眠有许多奇妙甚至不可思议的现象。加拿大山鼠冬眠半年，蜷缩在洞穴里，几乎停止呼吸，脉搏变得极其微弱。它的温度降到只有5摄氏度，几乎和死去了一样。

松鼠睡得更死。把一只冬眠的松鼠从树洞里挖出来。它的头好像断了一样。怎么摇都不会张开眼，用针也刺不醒。只有把它烘热才能动起来。

动物的冬眠时间差别很大，一般在3个月以上。西伯利亚的旱獭和中国北方的刺猬一次冬眠200天，而黑貂则只冬眠20多天。

动物冬眠的主要原因有两个。一是冬季环境温度下降，寒冷天气需要释放大量能量；二是食物极度缺乏。这使得一些动物在长期的自然进化中产生一种适应性休眠状态，以抵御冬季低温的不利生存条件。

冬眠动物的秘密武器之一——“冬眠素”

动物的冬眠引起了生物学家的注意。他们在冬眠动物身上发现了一系列奇怪的生理变化。心脏的跳动特别慢，肺的呼吸也很慢，一次呼吸可以持续10分钟，至于冬眠动物的调节机制，人们还在探索，冬眠的深层秘密还远未揭晓。

然而，已经取得了一些令人鼓舞的进展。科学家们做了一个实验。首先，他们利用人工条件使黄鼠冬眠，抽取其血液，并将其注射到其他活蹦乱跳的黄鼠体内。这些黄鼠也立即进入冬眠状态。实验还表明，冬眠数周的动物血液比刚进入冬眠的动物血液对诱发冬眠的作用更强。

科学家利用计算机、示踪原子、电子显微镜等技术发现：冬眠动物血液中有三种奇怪的小颗粒物质，简称DADLE物质，它们都是结构复杂的高分子化合物，又称“冬眠激素”，具有诱发动物冬眠的功能。

动物的冬眠促进了“睡眠”的研究。睡眠占据了人类生活的三分之一，对人们的生活有很大的影响。人们一直在探索睡眠的秘密。“冬眠激素”的出现启发了人们。那么普通动物的睡眠怎么样？生物学家还做了一个实验：让狗或山羊累得精疲力竭，长时间不睡觉，然后取一些血液或脑脊液，然后注射到猫或狗身上，只需要十分之一克，可以使它们睡几个小时。

通过精密分析可知，睡眠激素的组分是一种类似于冬眠激素的细胞壁肽S因子，也是一种结构复杂的高分子化合物。其实，“冬眠激素”在结构和功能上也是一种“睡眠激素”，所以有时人们称之为“睡眠素”。

与安眠药不同，睡眠激素是大脑产生的一种内源性化合物，对身体没有副作用。科学家们发现了几种具有不同结构的睡眠激素，它们在睡眠过程中起着不同的作用：有的能起到催眠作用，使人很快入睡；有的能使人睡得更长；有的能使人睡得更深，更稳定。

科学家们正在加紧研究睡眠激素的结构，以便找到一种合成方法。一旦谜底揭晓，那意义可说是极其重大。首先，它可以减轻无数失眠症患者的痛苦。目前，全世界近五分之一的人患有失眠。失眠对人们的生活质量有很大的影响。大量使用各种安眠药，其副作用令人担忧。

其次，“睡眠激素”的出现也为医生找到了一种新的治疗方法：术后给患者注射微量睡眠激素，并根据需要使患者睡眠几天或几天以上。此时，睡眠是最好的，病人一醒来，伤口已经愈合。此外，在畜禽长途运输中，喂养管理是一个难题，死亡率很高。如果使用了睡眠激素，他们在旅途中可以很方便地酣睡，在目的地醒来！

其他仿生学专家提出，破解生物冬眠密码可以开发一种方法，诱导宇航员在太空旅行中进入“冬眠”。航天员在漫长的太空航行中可以在不影响健康的情况下睡上数月或数年，这使得人类有可能飞向广阔的宇宙。

冬眠动物的秘密武器之二——“防冻液”

冻伤是冬季寒冷地区的常见病。冻伤的原因仅仅是因为组织细胞的冻结。冰晶形成于细胞内或细胞间。一旦活细胞被冻结，膨胀的冰晶就会破坏甚至破坏细胞膜，导致细胞死亡。即使没有完全冷冻，细胞液的活性也会受到不利影响，这也会造成严重的后果。

然而，冬眠的动物在冬眠时是不可能保暖的，如何解决这个问题呢？令人惊讶的是，它们通过降低身体液体的冰点和防止细胞组织冻结，大大提高了它们的抗寒性。如何降低体液的冰点？方法是生产大量的“防冻剂”。

科学家冷冻了一些青蛙。几天后，让它们慢慢解冻。这些青蛙解冻后还活着。科学家发现了一种复杂的有机化合物，通常用于青蛙冷冻时的防冻剂，它可以成功地降低体内液体的冰点。这种“防冻剂”也存在于自然冬眠的青蛙体内，但当春天温暖，花儿盛开时，这种物质在跳跃的青蛙体内就再也找不到了。

据调查，全球很多的汽车发动机故障是由冷却系统引起的。水冷系统存在两大问题：一是水垢附着在水箱金属表面，使冷却效果越来越差，也很难去除；二是水在0℃以下结冰，使散热器结冰甚至开裂。为了解决冷却水的问题，我们需要添加防冻剂。目前市场上的防冻剂大多是以乙二醇为主要原料的产品，然后加入一些有机或无机盐，达到防腐、防锈、防结垢的效果。防冻剂成分复杂，成本高，但需求量大。

冬眠动物“防冻剂”的发现让我们眼前一亮。如此复杂的“防冻液”很容易被动物自己生产出来，而且质量如此之高，性能如此之完美。虽然不同地区冬眠动物降低冰点的“防冻剂”性能不尽相同，但它可以保护自己过冬。科学家正试图破解这种生物“防冻剂”的复杂结构。如果能大量生产，仿生学将为人类做出巨大贡献。