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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。

 

      冬眠动物“防冻液”的发现,令人们眼前一亮,这么复杂的“防冻液”,动物自己就可以轻易生产出来,而且质量如此之高,性能如此完美。虽然不同地区冬眠动物的“防冻液”降低冰点的性能不完全相同,但都可以保护自己安全过冬。科学家正在加紧破译这种生物“防冻液”的复杂结构,如果能大量制造出来,仿生学对人类又是一个巨大的贡献。
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