• 除了冬眠,沒有大衣和靴子的動物們如何避免嚴寒?
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    圖1:嚴寒雪地中的松鼠

    雖然冬天的天氣很惡劣,但是只要穿上皮大衣、戴上針織帽、蹬上羊毛襪子和保暖靴,再加上熊熊燃燒的壁爐之火,對于生活在寒冷氣候中的人們來說,這樣的冬天過得也算愜意。但是野生動物呢?它們不會被凍僵嗎?

    任何在寒冷天氣遛狗的人都知道,狗狗會凍得瑟瑟發抖,狗爪子通常冰涼。事實上,野生動物也會像人類和寵物那樣,死于凍傷和體溫過低。

    在美國北部,負鼠掉落的尾巴是寒冷天氣常見的佐證。在佛羅里達州,罕見的寒流常常導致鬣蜥從樹上墜落,海牛也會因寒冷而死亡。

    除了冬眠,沒有大衣和靴子的動物們如何避免嚴寒?

    圖2:寵物能穿上御寒的衣服

    避免寒冷對于保護生命或肢體(如負鼠的尾巴)以及繁殖機會是非常重要的。野生動物必須能夠感覺到寒冷,以避免極端天氣帶來的破壞性影響。

    動物也有類似于人類的寒冷體驗,比如針刺般的感覺,這種感覺會促使我們盡快暖和起來,否則后果不堪設想。事實上,在所有脊椎動物中,感知溫度范圍的神經系統機制幾乎是完全相同的。

    對于溫血動物來說,它們面臨的冬季挑戰是如何在寒冷的環境中保持體內溫度。然而,有趣的是,溫度感應閾值可以根據生理變化而變化。例如,冷血的青蛙,與老鼠相比,它們能在較低的溫度下感受到寒冷。

    最近的研究表明,冬眠的哺乳動物(比如Thirteen-lined ground squirrel),只有在體溫低于非冬眠的吸熱溫度時才會感覺到寒冷。

    所以動物知道什么時候天氣已經寒冷,只是它們感受到的溫度不同。當氣溫驟然下落時,野生動物是在受苦呢,還是繼續隨遇而安?

    除了冬眠,沒有大衣和靴子的動物們如何避免嚴寒?

    圖3:有些動物會找個庇護場所等待最糟糕的情況過去,比如這只花栗鼠

    對于這些動物來說,一個常見的解決方案是進入“冬眠狀態”,即盡量減少活動,看起來就像是在睡覺。

    由于動物能夠在調節自身體溫和讓環境影響體溫之間進行交替,因此科學家認為它們屬于“異溫動物”。在惡劣的條件下,這種靈活性為它們提供了保持較低體溫的優勢。

    在某些物種中,體溫甚至可以維持低于零攝氏度冰點的水平,盡管這與許多生理功能不兼容。其結果是代謝率降低,從而降低能源和進食需求。

    對于體型較小的野生動物來說,特別是蝙蝠、鳴禽和嚙齒類動物,冬眠具有節省能量的好處。在自然狀態下,這些動物損失的能量更快,因為它們身體的表面積比整體尺寸更大。

    為了將體溫維持在正常范圍內,它們必須比體型較大的動物消耗更多的能量。與哺乳動物相比,鳥類的平均體溫更高,這一點尤其明顯。

    不幸的是,冬眠并不是在寒冷環境中生存的完美解決方案,因為它需要權衡利弊,比如成為另一種動物午餐的風險更高。

    無需感到驚訝,動物已經進化出各種各樣適應冬季氣候的能力。北緯地區的野生動物比靠近熱帶地區的近親體型更大,附屬肢體(如臂、腿、尾等)更小。

    許多動物進化出了幫助它們抵御寒冷的行為:群居、筑巢、挖洞,以及在洞中棲息都是很好的防御措施。隨著冬季的臨近,有些動物會經歷生理上的變化,它們會積累脂肪,長出更厚的皮毛,并在皮毛或羽毛下面的皮膚上形成空氣絕緣層。

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    圖4:在像北極狐生活的寒冷氣候中,耳廓狐的大耳朵是個不利因素

    大自然還發明了其他巧妙的方法,來幫助各種動物應對人類無法忍受的寒冷環境。

    你有沒有想過,大雁是怎樣光著腳舒服地站在冰上的,松鼠又是怎樣赤腳站在雪地里的?秘密就在于它們四肢的動脈和靜脈非常接近,從而產生了變暖和變冷的梯度。當血液從心臟流向腳趾時,動脈的熱量就會轉移到靜脈,并將腳趾的冰冷血液帶回心臟。

    這種逆流熱交換使身體的核心保持溫暖,同時在四肢寒冷時限制熱量損失,但不至于冷到造成組織損傷的程度。這種高效的系統被許多陸生和水生鳥類以及哺乳動物所共享,甚至可以解釋魚類鰓中的氧氣交換是如何發生的。

    說到魚,它們怎么能在冰冷的水中避免凍成冰呢?因為冰會浮在水面上,魚可以在冰層表面以下不太冷的溫度下自由游動。此外,魚類可能缺乏其他脊椎動物所共有的感受器。

    然而,魚類確實有獨特的酶,使它們的生理功得以在較低的溫度下繼續維持。在極地地區,魚甚至有一種特殊的“防凍蛋白”,可以與血液中的冰晶結合,防止大面積結晶。

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    圖5:在部分結冰的池塘里,鯉魚依然能自由自在地遨游

    哺乳動物和鳥類能長時間待在寒冷氣溫下的另一個秘密武器是棕色脂肪組織或稱“棕色脂肪”,它富含線粒體。即使在人體內,這些細胞結構也能以熱量的形式釋放能量,產生熱量,而不需要肌肉收縮,也不需要顫抖時低效利用能量。

    顫抖是身體渴望升溫的另一種表現方式。這種非顫抖時的熱量釋放,可以解釋安克雷奇人(Anchorage)為何可以在4攝氏度的春日里只穿著短褲和T恤依然感到很愜意的原因。

    當然,遷徙也是一種選擇,盡管對于野生動物和想要前往赤道附近的人們來說,遷徙的能源成本十分高昂。作為一個物種,人類有能力在某種程度上適應環境,我們中的許多人適應環境的能力更強,但我們并不是特別適應寒冷。

    我們可能不會知道動物是否害怕冬天,也很難衡量它們的主觀體驗,但是野生動物確實有各種各樣的策略來提高它們抵御寒冷的能力,確保它們能活到下一個春天。

    來源: 網易科學人

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