财新传媒
位置:博客 > 于达维 > 为什么美国陆军需要黑熊?

为什么美国陆军需要黑熊?

为什么美国陆军需要黑熊?

从蛇、蜥蜴、乌龟这样的两栖类动物,到蝙蝠、松鼠、熊这样的哺乳动物,都有冬眠的习惯。这是它们通过改变自身的作息方式,适应外界严酷环境的一种方式。但是一直以来,由于人们只能在野外观察动物的冬眠行为,难以对这种行为进行连续性和系统性的监测,也让人们对这种行为一知半解。

在美国科学促进会2011年年会第一天,他们就召开一场重要的发布会,介绍了即将在他们旗下的《科学》杂志最新一期(2月18日)发表的关于冬眠的文章。这是科学界第一次对于冬眠行为的系统性分析,而且改变了人们对于冬眠习惯性的看法,即新陈代谢速度的下降必然伴随着体温的剧烈下降,而是维持在30-36度之间。

为什么冬眠如此重要,这可以从发布会上一位美国记者的提问中得到答案。“为什么美国陆军需要黑熊?”

这是因为,黑熊在最长超过半年的冬眠过程中,骨骼中的钙质不会流失,肌肉不会萎缩,而人类如果长期处于极少活动的状态,骨骼和肌肉强度会出现极大的损失,需要很长时间的复健过程。因此美国陆军需要黑熊做研究,研究它们是如果做到这一切,这不仅对于保持士兵的体质非常重要,对于挽救伤员的生命非常重要,对于长时间太空旅行的宇航员也至关重要。

当然,这篇文章还无法回答那么多问题,但是正如《科学》杂志编辑Sacha Vignieri所说,这篇文章为进一步的研究打开了一扇大门。不仅和冬眠动物有关,也和人类这样的非冬眠动物有关。

美国阿拉斯加菲尔班克斯大学极地生物研究所两位科学家Oivind Toien和Brian Barnes出席了这次发布会,和他们合作的还有斯坦福大学医学院和生物系的两位科学家。为了对黑熊进行连续性的观测,他们为黑熊准备了完全和野外相似的洞穴环境,在洞穴里装备了无线体温传感器、红外摄像机、行动探测器,来监视黑熊的冬眠过程和体温变化,并通过分析洞穴中氧气含量的变化,反映黑熊新陈代谢的速度。

他们在发布会现场播放了一段录像,显示黑熊蜷缩在洞穴中睡觉,每隔几十秒钟的时间,它有要打一个呼噜,一个呼噜可以持续十几秒的时间。Toien教授解释说,在冬眠时,黑熊的心率从平常的55次下降到每分钟9次,呼吸的频率每分钟只有一次,其新陈代谢的速度可以降到平时的25%。

而令人惊奇的时,从他们的体温监测记录上看,虽然黑熊新陈代谢的速度下降到了平时的四分之一,它们的体温却是稍有下降,维持在30度到36度之间,这和此前科学家观测到了5千克以下的小动物在冬眠过程中体温几乎降至冰点有极大的不同。而科学界一贯的观点是,当新陈代谢速度下降50%的时候,体温应该下降10度左右。

Toien说,体温是了解黑熊新陈代谢过程的一个重要线索,我们知道它们的体温在冬眠时会下降,但是这次却发现它们的体温维持的很好,这是在小型动物和其他哺乳动物的研究中从未发现过的。他说,每当它们的体温降到30度左右的时候,它们就会打个寒战,然后体温就又上来了,这和人类通过寒战增加体温是一样的。

在5-7个月的冬眠过程中,这些黑熊不吃、不喝、不大小便,但是它们的身体状态依然维持的很好,有一只母熊甚至在冬眠过程中还怀上了小熊。他们解释说,它可能是在冬眠之前受孕的,而在冬眠的过程中,胚胎逐渐发育了起来,在怀孕期间,这只母熊的体温回升到了正常的水平,但是仍然处在冬眠状态。

黑熊是如何启动的冬眠过程,为什么在半年的冬眠后身体状态还维持的那么好,将是科学家们需要进一步探索的领域。而且,体重上,美洲黑熊也和人类相近,这也是美国军队对于黑熊如此感兴趣的原因之一。

Barnes教授说,当黑熊在春天醒来的时候,肌肉和骨骼仍然保持强劲,而人类却不是如此。如果我们能够找到这种机制在基因和分子水平上的原因,我们就可以为人类的骨质疏松、肌肉萎缩提供新的治疗方法和药物,甚至可以在人类在受伤后生命处于垂危状态时,让他们进入冬眠状态,降低新陈代谢的速度,为挽救他们的生命争取时间。而现在人类降低新陈代谢速度的方法只是降温,把伤员用冰块包起来。

他说,如果这种人造冬眠的方式可行的话,就可以让宇航员在长途的星际旅行中进入冬眠,让他们可以走的更远。不过由于全球变暖的影响,许多地区的动物难以进入冬眠状态,他对此也表示了担心。

作为美国科学促进会在全球邀请的四位媒体学者之一,我将全程参加此后四天的会议。这次会议汇集了来自全球的8000多名科学家和1000多名记者。本届会议,是美国科学促进会第173次年会。自从1848年在费城创立以来,美国科学促进会已经成为世界最大的非盈利科学家组织,在全球拥有1000万名会员。

推荐 42