动物以睡眠或蛰伏状态熬过冬季称为冬眠.doc

冬眠動物以睡眠或蟄伏狀態熬過冬季稱為冬眠,但生理學家對於此種適應狀態有更精確的定義.定溫動物的冬眠的定義是指體溫劇烈的下降,而代謝,呼吸 ,心跳等顯然減退的狀態.哺乳類中會冬眠者有三目 ,如食蟲類,蝙蝠類,和囓齒類,尤其是撥土鼠,腮鼠,刺蝟,花金鼠和各種蝙蝠類.熊不是真正的冬眠動物,它們在冬季雖然有一段冬眠的時間,但其體溫不是下降數度而已.熊能維持相當高速度的代謝而不必經長期的再加溫即能睡醒,反之,冬眠的腮鼠和蝙蝠進入完全的蟄伏狀態. 冬眠使動物在難找食物而需要以高速度代謝來維持體溫的冬季中,仍能潛伏熬過.像熊之類的大型動物的代謝速度較低,而能臥於穴中連續睡眠數月, 緩慢的消費儲備的脂肪.另一方面,小動物代謝之速率甚高,而要維持正常的代謝速度只需數天或一星期及即可耗盡其儲備的脂肪.然而,如果體溫能下降 ,代謝速度可比正常減少數分之一,所以小動物能依靠其所儲備的能量來熬過冬季. 冬眠可讓瀕危遠離滅絕？有動物學家早就警告說，世界上每天有一個生物物種消失。本世紀內，將有10%的現存動物物種永遠絕跡於地球。單是哺乳動物，大約每10年會有一個“種類”滅絕。難道瀕危動物就永遠消逝於地球嗎？科學家們想出種種高招妙法，採用高新技術保存瀕危動物。人工冬眠動物學家研究部門正在籌造一種獨特的“動物種子倉庫”，在這個新穎的“倉庫”裏，既聽不見獸吼鳥鳴，也看不到珍禽異獸，取代籠子和柵欄的是一排排整齊潔凈的玻璃試管，各種珍禽異獸就長眠在試管裏，試管被安放在冰庫裏。 “安眠”於試管裏的動物“種子”，是取自動物體內的生殖細胞、胚胎細胞。這些充滿生命力的活細胞，摻上甘油、葡萄糖等保護物質，置於超低溫環境下冷凍起來，便可長久保存下去。 能否使動物“種子”在進入人工冬眠時不被凍傷呢？動物學家應用了液氮冷凍技術。液氮可使活的細胞組織一下子降溫到196，因降溫迅速，細胞液來不及凝結成大冰晶，只能形成極微小的冰粒，細胞膜也就完好無損。假使再用同樣快的速度將冰融化，細胞便可“甦醒”過來，恢復原先的活力。 倫敦動物學家研究所在給動物做人工授精時，使用了幾十種冷凍後復溫的雄性生殖細胞，結果母獸都成功地懷了孕。美國野生生物研究會將冷凍過18個月的南非大羚羊胚胎“復活”，植入母體後，順利產下一隻20公斤重的羚羊幼崽。 用人工冬眠的高科技妙法，為挽救瀕危動物展示了新的希望。將來，“動物種子倉庫”可向世界各地源源不斷地輸送大熊貓、金絲猴、白鰭豚、揚子鱷、長臂猿等種種珍奇動物，它們將一代接一代地生存繁衍下去。哺乳類的冬眠 地球上可控制自己體溫的動物，稱為恆溫動物。可因環境溫度改變而調節體溫的動物，稱為變溫性動物，這些變溫動物在冬天寒冷時，體溫隨著下降，而活動也跟著停止，此時體內對能量的消耗也隨著減少，如此在不吃食物的狀態下也能維持生命。 “冬眠”的種類分為3種，第一種為蛇及蛙等兩棲爬蟲類的冬眠，其體溫與周圍環境配合，如環境溫度下降則體溫跟著下降而進入冬眠狀態，自己無法進行調節。 第二種為松鼠等動物（表）其體溫於平時保持恆溫性，在進行冬眠時，可將自己體溫下降到接近環境周圍之溫度，但為了避免體液在以下結凍，其體溫維持在5之間（表）。 第三種為熊類，熊在冬眠時其體溫只下降幾度，但能長時間不進食而呈睡眠狀態，在嚴緊的分類下應該是近於睡眠和冬眠之間。冬眠的哺乳類動物與我們身體構造上一定有什麼不一樣嗎？答案是否定的。兩者器官和組織沒有差異性，只不過是冬眠的哺乳動物能夠利用特殊因子來控制神經荷爾蒙系統調節器官的代謝狀態，如果能找到這種控制的遺傳因子，將來人類或其他動物進行冬眠也不無可能性。在我們台灣因為天氣溫暖，所以動物的冬眠時間應該很短暫，尤其是動物園內屬於可冬眠性的動物在保溫及避寒的設施下於冬天還是能活動自如的。 冬眠的哺乳動物囓齒目：栗鼠、歐洲睡鼠、金倉鼠 翼手目：蝙蝠食蟲目：刺蝟台灣黑熊：大陸北方的亞洲黑熊，在冰天雪地的冬季會進入洞穴冬眠，然而台灣氣候較溫暖，只有在高海拔地區冬天才降雪，此時台灣黑熊只會向中海拔地區移動，並不冬眠，如果遇到特別冷的寒流，只好在大樹洞或岩洞中躲避，待轉暖之後再繼續活動。 貓熊：熊貓很像熊，因此以前認為他和熊一樣也要冬眠，但現在根據自然生態調查的結果，好像並不需要冬眠。除了交配期找尋配偶外，熊貓都是過著孤獨的生活。通常隨著氣候的轉變，在山地的高處與低處之間進行季節性的遷移。蝴蝶：蝴蝶為內生翅群昆蟲，其生活史中分卵、幼蟲、蛹和成蟲四個時期，進行完全變態。 蝴蝶生活史中每一時期各負責不同任務，幼蟲的外表和習性與成蟲完全不同，幼蟲負責攝食，儲存足夠的養分以供給發育，所以幼蟲幾乎是不停的吃，期體重可增加300倍。蛹雖為不食不動時期，但實際上在蛹的體內發生很大的變化，其體內翅芽翻轉至體外，發育為成蟲的翅，至發育完成才羽化為成蟲。自然界中蝴蝶的每一時期都有部份死亡，有些遭受捕食性天敵捕食或寄生性天敵寄生，有的因其他疾病或遭遇不良環境而死亡。若沒有遭受到任何天敵的迫害，一對熱帶蝴蝶一季可產生300萬隻蝴蝶，但在平衡的生態系中，一對蝴蝶平均約可產生二隻成熟的蝴蝶後代。蝴蝶各時期的長短因種類、溫度和氣候而改變，熱帶種類有的卵期約3天，幼蟲期約8天，蛹期約7天，共18天完成羽化。溫帶地區生長較迅速之種類約需8週，有的蝴蝶約需一年時期才完成生活史，其中某一時期在冬季低溫時還需要冬眠。熱帶地區有些蝴蝶需要夏眠以渡過夏季的不良環境。變溫動物如何過冬 對恆溫動物而言， 禦寒是以厚長的皮毛留在當地渡過嚴冬，或是向南遷移到較溫暖的地方;而那些變溫 (ectothermal)或冷血動物如蜘蛛、昆蟲、青蛙或烏龜等，則是以 冬眠的方式，將生理代謝降低到近似無生命的狀態， 來渡過這段天寒地凍的日子。但她們冬眠的場所如池底、土穴或樹縫中的溫度，常會降 至零度以下，此時的溫度總稱之為冰溫。這些生物如何能避免細胞質及細胞間質的 液體在冰溫時結冰，是個有趣的問題。 當溫度降至冰點以 下，會對生物體造成物理性及生理上的傷害。物理上的傷害主要 是由結冰造成:當冰晶在細胞間逐漸變大時，會改變細胞間質溶液的性質，並且因為冰 晶的膨脹而阻斷細胞與細胞間物質的交換，進而引發生理上的傷害。冰溫對生物 生理上造成的傷害，可能因為冰晶在細胞外形成時，會使細胞外水分子的濃度減低，因此造成細胞內水分子的濃度大於細胞外水分子的濃度，使得水分子向細胞外滲透，造成細胞內滲透壓的劇烈變化，導致細胞體積萎縮與pH值的改 變，使細胞膜的通透性異於常態，阻塞了離子進出細胞的通道，導致細胞死亡。 變溫動物為了在冰溫時仍能生存，有兩種適應上的選擇。一種是 忍耐冰凍，當細胞間存有冰晶時，動物仍然可以 生存，這就稱為忍耐冰凍。當生物選擇以忍耐冰凍來適應冰溫時，牠必須能夠克 服以下的問題:一、冰晶必須只存在於細胞外，而且愈小愈好，因為細胞內如果結冰， 會使細胞質的濃度改變，再加上低溫會改變蛋白質的活性，影響生理代謝，細胞可能 會立即死亡;二、細胞間質液體結冰的速率愈慢愈好;三、細胞必須避免脫水和萎縮; 四、細胞必須維持代謝上的恆定。動物為了能成功克服以上問題，以忍耐冰凍 方式生存，則體內必須具有特殊的冰晶核蛋白 (ice-nucleating protein ; INP)，以控制細胞外冰晶的形成，並利用抗凍蛋白 (antifreezing protein或thermal hysteresis proetin;THP)來控制冰晶的擴大 。此外，動物體內必須具有低分子量的抗凍劑 (cryoprotectants)，來維持細胞的體積和細胞膜的結構，及保持未結冰的水分不結 冰，同時再減低代謝速率或是以無氧呼吸方式，來維持生命。另一種適應方式是避免冰凍。此種適應和忍耐冰凍最大的不 同是，體液如果出現結冰現象，則會危及生存，所以如何避免體內出現冰晶，是此類 動物必須克服的。欲解決這問題，動物體內必須具備抑制冰晶核的形成和避免體溫降 至凝固點以下的能力，牠們在低溫時必須能清除體內的冰晶核，並且以體內的抗凍蛋 白抑制冰晶核的形成，及累積高濃度的抗凍劑以維持體溫在凝固點以上，才能避免結 冰(Rickardset,l987)。 無論變溫動物選 擇那一種適應方式來渡過冰溫的環境，在她們體內都發現有冰晶核蛋白、抗凍蛋白和 抗凍劑，只是它們在兩種不同適應方式的動物體內的組成和所扮演的角色，各有不同 。二月二號是地鼠節 作者：賈福相在美國的賓州，每到這一天，農夫們就注意那些剛睡醒的地鼠，它們從冰凍了的穴中慌慌地爬出來，四個多月的冬眠已經把地表的世界忘記了。如果有太陽，如果看到自己的影子，就嚇破了膽，又匆匆回到穴底，再睡七週。於是，農夫們就相信春天遲遲不來，仍會有寒風，仍會下雪，將是一個漫漫長冬。地鼠們如果在這一天沒有看到自己的影子，它們就欣然回到洞中，再兩週就會出來，春天要來了。這是個迷信，是聰明的農人們年復一年積下來的經驗，非常靠不住，但故事很有詩意，氣象台對天氣的預測到今天也不見得更科學。冬眠是沉睡，熊、刺蝟、蝙蝠都冬眠。地鼠可冬眠七至八個月，冬眠的機制到今天仍是撲朔迷離。冬眠之前，地鼠的體重可增加百分之五十，大部分是脂肪。冬眠的時候不食不飲，體溫由三十七度降到一度，心跳由每分鐘四百次降到五次。但並不是一直沉睡，牠們每兩週要醒一次。每次醒來就把臥床整理一下，排便一次，然後再睡。這樣睡睡醒醒，一個冬天就過去了。體溫由腦荷爾蒙調節。許多生理的適應是由低溫引起的，但是為什麼有些動物每年冬季來時就會冬眠，而其他的動物就不能？我們還是惘然莫知。就像是我們每天要睡覺，就像花開花落一樣，這是必須的，是一種循環，生理的時鐘。冬眠研究的重要是很明顯的。如果人也可以冬眠，或者只是長睡數週，不吃不飲的，就會解決很多醫藥和健康的問題。若干年前在師大讀生物的時候，我的指導教授就要我研究冬眠。他說：你如果能我到一種冬眠素就像殺蟲劑一樣，由飛機撒到敵人頭上，然後就去繳他們的械，不費一槍一彈，不流一滴血，就使敵人投降。我沒有聽話，而比我晚十年的王君，受了同一個指導教授的鼓舞，成了世界有名的冬眠專家。他雖然還沒有找到冬眠素，卻發明了一種可以增加體溫的藥，申請到專利，製成巧克力點心。吃了後，可促進脂肪代謝，不但可以增加工作能力，還能減肥。特別是冬天在室外工作的運動員、工人、軍人、獵人更為受益。很多北方的國家已紛紛要求許可設廠生產這種