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冬眠动物的秘密武器
2012-02-27 09:52:09作者：韩吉辰
北风劲吹，大雪纷飞。寒冷的冬天来了，动物过冬都有自己的高招，像蝙蝠、刺猬、松鼠、青蛙、蛇等都在冬眠中安全过冬。不止是这些小动物，大型动物如熊，它也会找一个大树洞，躲在里面安安静静地冬眠。动物冬眠的现象十分奇妙，引起仿生学家极大的兴趣，开发出很多奇妙的产品，我们先从动物冬眠的现象说起。冬眠，就是一些冬眠动物在冬天连续睡觉，以度过寒冷冬季的行为。冬眠动物的种类分为三种：第一种为蛇、蛙等两栖爬行类的冬眠；第二种为松鼠等小型恒温动物；第三种为熊类。熊在冬眠时体温只下降几度，近于睡眠和冬眠之间。还有一些昆虫是以蛹的形式过冬。
奇妙的冬眠现象
动物冬眠有很多奇妙的甚至是不可思议的现象。加拿大山鼠冬眠长达半年，钻进地穴内将身体蜷缩一团，呼吸几乎停止，脉搏也变得极为微弱，体温下降到仅有5摄氏度，简直像死去一样。
松鼠睡得更死，把一只冬眠的松鼠从树洞中挖出，它的头好像折断一样，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。刺猬冬眠的时候，简直连呼吸也停止了。
动物冬眠的时间差别很大，一般为3个多月，西伯利亚的旱獭和我国北方的刺猬，一次冬眠达200天，而黑貂却只有20多天的冬眠。
动物冬眠的原因主要有两个，一是冬季环境温度的降低，天寒地冻需要散发大量的能量；二是食物的极度缺乏。这使一些动物在长期自然演变中，产生出一种适应性休眠状态，用以抵御冬季低温的不利生活条件。
冬眠动物的秘密武器之一——“冬眠素”
动物冬眠引起了生物学家的关注。他们发现冬眠动物体内会发生一系列奇特的生理变化。心脏的跳动特别缓慢，肺的呼吸减慢，一次呼吸最长达10分钟……至于冬眠动物调节的机制究竟是怎样的，人们至今仍在探索，冬眠的深层秘密远远没有揭开。
不过，人们已经取得一些可喜的进展了。科学家做了一个实验，先用人工条件使黄鼠进入冬眠，抽取其血液，注入到其他欢蹦乱跳的黄鼠体中，这些黄鼠也马上进入了冬眠。实验还表明，已连续冬眠几周的动物血液，比刚进入冬眠的动物血液，其诱发冬眠的作用更强烈。科学家利用电脑、示踪原子、电子显微镜等技术发现：冬眠动物血液中存在三种奇异的微小颗粒，简称DADLE物质，都是结构复杂的高分子化合物，它们也被称为“冬眠素”，具有诱发动物冬眠的作用。
动物的冬眠现象促进了关于“睡眠”的研究。睡眠占据了人生的三分之一时间，对于人们的生活影响很大，人们不断探索睡眠的秘密。“冬眠素”的出现启发了人们，普通动物睡眠怎样呢？生物学家也做了一个试验：把一只狗或山羊累得筋疲力尽，长时间不让它睡觉，然后抽取一些血液或脑脊髓液，再注入猫、狗体中，仅仅万分之一克，就能使后者沉睡几个小时。利用精密的分析方法，得知组成这种睡眠素的成分是一种胞壁肽，称作“S―因子”，与“冬眠素”相似，也是结构复杂的一种高分子化合物。实际上“冬眠素”从结构上和作用上，也属于“睡眠素”的一种，所以有时人们统称为“睡眠素”。
睡眠素不同于安眠药，它是在脑内生成的内源性化合物，对身体没有任何副作用。科学家已经找到了几种结构不同的睡眠素，它们在睡眠过程中能起不同的作用：有的能起催眠作用，使人很快进入睡眠状态；有的能使人的睡眠时间延长；有的则能使睡眠更加深沉，更加安稳……
科学家正在加紧研究睡眠素结构，以便找到人工合成的方法，一旦揭开其中的奥秘，那意义可说是极其重大。首先，可以为无数失眠病人解除痛苦。现在世界上有将近五分之一的人患有失眠病症，失眠对人们生活质量影响很大，大量使用各种安眠药，其副作用令人担忧；其次，“睡眠素”的出现还为医生找到一种新疗法：手术后给病人注射微量睡眠素，根据需要使病人熟睡几天或十几天，这时睡眠就是最好的镇静药物，病人一觉醒来，伤口已然愈合了；还有，在牲畜和鱼类远途运输中，喂养管理是个难题，死亡率一直较高，如果使用睡眠素，让它们在旅途中酣然入睡，到了目的地再醒来，那多方便啊！
还有的仿生学家提出：破译了生物冬眠密码，可研制出诱导宇航员在太空旅行中进入“冬眠”的方法。宇航员能够在漫长的宇宙航行中沉睡几月、几年，而不影响身体健康，使人类飞向茫茫宇宙能够成为现实。
冬眠动物的秘密武器之二——“防冻液”
冻伤是冬天寒冷地区的常见病，冻伤的原因简单地说，就是因为组织细胞冷冻所致。组织细胞内或细胞间形成了冰晶，活的细胞组织一旦被冻结，膨胀的冰晶体势必使细胞膜受到破坏甚至破裂，就会使细胞组织死亡；即使没有完全被冻结，细胞液活动不利，也会造成严重的后果。
可是，冬眠动物在“冬眠”时一动不动，主动保暖是绝不可能的，那么它们是怎样解决这一难题的呢？说起来令人惊奇：它们主要是靠降低体内液体的冰点，防止细胞组织被冻结，从而大大提高了抗寒的能力。怎样降低体内液体的冰点呢？办法就是产生大量的“防冻液”。
科学家们将一些青蛙冷冻起来，5天以后，再慢慢地使之解冻，这些青蛙解冻后依然活蹦乱跳。科学家们在青蛙冷冻时的体内发现了人们在防冻剂中常用的物质——一种复杂的有机化合物，它可以成功降低体内液体的冰点。自然冬眠的青蛙体内也存在这种“防冻剂”，而到了春暖花开时，活蹦乱跳的青蛙体内再也找不到这一物质了。
据调查，全球50％以上的汽车发动机故障来源于冷却系统。水冷系统有两大难题：第一是水垢问题，水垢附着在水箱的金属表面，使散热效果越来越差，清除起来也很困难；另一个难题是，水在0摄氏度以下就要结冰，会使散热器冻坏甚至开裂。解决冷却水的难题就需要加入防冻液。目前市场上大部分防冻液是以乙二醇为主要原料的产品，再加入适量的有机或无机盐类来达到防腐、防锈、防水垢功效。防冻液的成分比较复杂，成本较高，需求量却很大。
