摘要：为了解前沿科技动态，科普中国前沿科技项目推出“带你读懂科学顶刊”系列文章，精选权威期刊的优秀论文，第一时间用通俗语言进行解读。让我们透过顶刊之窗，拓宽科学视野，享受科学乐趣。

出品：科普中国

作者：苏澄宇

监制：中国科普博览

编者按：为了解前沿科技动态，科普中国前沿科技项目推出“带你读懂科学顶刊”系列文章，精选权威期刊的优秀论文，第一时间用通俗语言进行解读。让我们透过顶刊之窗，拓宽科学视野，享受科学乐趣。

北美的草原上，十三条纹地松鼠正沉睡在地下。

沉睡的十三条纹地松鼠

（图片来源：Courtesy of the Gracheva lab）

冬眠，对它们来说并不稀奇，但一个谜题让研究者们为之着迷：这种地松鼠能在冬天蜷缩在地穴中，不摄入任何水分，却能奇迹般地保持生存。这个谜题吸引了耶鲁大学的两位研究员——埃琳娜·格拉切娃（Elena Gracheva）和斯维亚托斯拉夫·巴格里安采夫（Sviatoslav Bagriantsev）。

科学家们想知道，这些小地松鼠是否真的不需要水？或者，它们的身体是否找到了某种“对抗口渴”的方法？研究结果最终发表在了《Science》上。

冬眠时的地松鼠确实需要水

为了找到答案，格拉切娃和她的团队决定从体液变化入手。他们首先将目光锁定在地松鼠冬眠期间的两种状态上：低温蛰伏和间歇性唤醒。低温蛰伏时，松鼠的身体像一个“待机”的机器，体温降至接近冰点，代谢几乎停止。而在间歇性唤醒时，松鼠的体温回升到37°C，心跳、呼吸等生命体征也恢复了“活跃模式”，但它们并不会外出觅食或饮水。

间歇性唤醒（Interbout Arousal, IBA）是冬眠动物在漫长的冬眠过程中，短暂苏醒的一种特殊状态。这种状态在所有冬眠动物中都非常普遍，例如地松鼠、刺猬和蝙蝠等。尽管这些动物的大部分时间都处于低代谢的“低温蛰伏”状态，但它们每隔几周就会经历一次短暂的觉醒过程。

左侧为活跃状态下的松鼠正在饮水的场景，右侧为间歇性唤醒状态下的松鼠。

间歇性唤醒状态下的松鼠似乎不热衷于直接饮水。

（图片来源：参考文献1）

科学家们从检测松鼠的血液入手，寻找口渴的“蛛丝马迹”。他们将从低温蛰伏和间歇性唤醒状态中“唤醒”的松鼠血液样本进行分析，结果发现了一些有趣的变化：间歇性唤醒时，松鼠血液中的血管紧张素II（一种可以让人产生强烈口渴感的激素）水平比平时高出了两倍，而醛固酮（促进体内保留钠和水的激素）水平更是达到了平时的三倍！

A：在间歇性唤醒状态（IBA）下，血清血管紧张素II浓度显著高于活跃状态（Active）

B：间歇性唤醒状态（IBA）下的血清醛固酮水平明显高于活跃状态。（图片来源：文献1）

按道理，这些激素水平升高会让它们感到口渴，但奇怪的是，这些松鼠完全不表现出饮水的欲望。

科学家们还做了一个对比实验，他们让活跃的松鼠在正常饮水和浓盐水之间做选择。

结果，活跃的松鼠几乎不喝盐水，但间歇性唤醒状态的松鼠却大口大口地喝盐水，显然对盐水的需求更高。这说明松鼠的身体在冬眠时确实缺水，但它们却压抑了对水的渴望，而是优先摄取盐分——一种对维持体液平衡至关重要的元素。

活跃状态的松鼠对水（蓝色曲线）的饮用时间显著高于0.5 M NaCl溶液（粉色曲线）

（图片来源：文献1）

就像沙漠中的骆驼一样，松鼠的身体似乎也有一种特殊的智慧，能够“分清主次”，在缺水时更关注电解质平衡，而非单纯补水。

但它们找到了“对抗口渴”的方法

接下来，科学家们将研究重点转向地松鼠的大脑，尤其是两个负责调节体液的区域：穹窿下器官（SFO）和终板血管器官（OVLT）。这些区域就像“口渴警报器”，一旦血液中的盐分过高或水分不足，就会向大脑发出信号，让我们感到口渴。

地松鼠大脑中SFO和OVLT的位置

（图片来源：frontiersin）

为了观察这些区域是否“关闭了警报器”，研究团队进行了一个非常巧妙的实验。他们给松鼠注射了一种带有荧光标记的血管紧张素II，想看看这种激素是否还能在冬眠的松鼠大脑中正常“点亮”。

十三条纹地松鼠

（图片来源：thescientist）

但当科学家们进一步用电生理技术检测这些神经元时，却发现了一个重大线索：冬眠中的神经元虽然能接收到信号，但它们的活性大幅降低，就像被按下了“静音键”。更有趣的是，这些神经元对一种叫做GABA的抑制性化学物质非常敏感，GABA的作用就像一副耳塞，让神经元“听不见”渴感信号。

简单来说，十三条纹地松鼠在缺水时能通过抑制大脑渴觉神经元的活性，将能量集中用于更关键的生理需求。这一机制表明，渴觉并不是被完全关闭，而是被“调节”到一个更适合冬眠的状态。

十三条纹地松鼠

（图片来源：Squirrel Gazer）

在应对饥饿的方面，科学家从达乌尔黄鼠（Citellus dauricus）身上找到了一些答案。2009年，科学家发现，这种松鼠在冬眠时会将代谢率降到最低，就像一台待机的电脑，只保留最基本的“后台运行”。

达乌尔黄鼠

（图片来源：gbif）

科学家们检测了它们体内的代谢酶和棕色脂肪组织（BAT）活性，结果发现，它们的静息代谢率下降到仅为夏天的10%，几乎每一口脂肪都被小心翼翼地存储和使用。而棕色脂肪（Brown Adipose Tissue, BAT）中的酶活性在需要时迅速升高，帮助它们在偶尔“短暂苏醒”时快速升温，就像一部刚插电的加热器。

棕色脂肪是一种特殊的脂肪组织，与我们熟悉的“普通脂肪”——白色脂肪（White Adipose Tissue, WAT）不同，它的主要功能不是储存能量，而是产生热量，帮助维持体温。它可以被看作身体的“生物暖气片”，尤其在寒冷环境下显得尤为重要。

这种能量管理能力，让达乌尔黄鼠在长达5个月的冬眠中，从容度过了没有食物的日子。

冬眠不用排尿吗？

渴倒是解决了，那尿呢？不尿尿的话，毒素不会在体内积累吗？但对于北极地松鼠（Spermophilus parryii）来说，这却是一个可以循环利用的“资源”。

正在冬眠的北极地松鼠

（图片来源：guardian）

2014年，阿拉斯加大学的布莱恩·巴恩斯教授发现，这些松鼠在冬眠时几乎不排尿，但它们的身体却不会因为毒素积累而中毒。原因在于，它们的肠道微生物像一个“化工厂”，能够把尿素分解成氨基酸，再次利用。这种机制不仅减少了代谢废物的积累，还让松鼠能在冬眠中维持必要的蛋白质合成。

说到极端的冬眠策略，不得不提到北美的木蛙（Rana sylvatica）。这些青蛙在冬天真的会冻成“冰块”，心跳停止，血液结冰，但到了春天，它们还能奇迹般地复苏。怎么做到的？

北美的木蛙

（图片来源：earthlymission）

科学家发现，这些青蛙在冻住之前，会释放大量的葡萄糖进入血液。这些糖分就像防冻液一样，保护它们的细胞不被冰晶刺破。就像一块储存良好的冰激凌，即使冷冻后解冻，也不会变成一摊水。

结语

无论是不易口渴的地松鼠、节能高手达乌尔黄鼠，还是冷冻大师木蛙，每一种生命都在以自己的方式，展现着令人叹为观止的生存艺术。而我们，也许正站在这些动物智慧的肩膀上，寻找通向未来的答案。

参考文献：

1.Junkins M S, Feng N Y, Merriman D K, et al. Suppression of neurons in circumventricular organs enables months-long survival without water in thirteen-lined ground squirrelsJ. Science, 2024, 386(6725): 1048-1055.

2.杨明, 邢昕, 管淑君, 等. 达乌尔黄鼠冬眠期间体温的变化和冬眠模式J. 兽类学报, 2011, 31(4): 387.

3.Sallmen T, Lozada A F, Anichtchik O V, et al. Changes in hippocampal histamine receptors across the hibernation cycle in ground squirrelsJ. Hippocampus, 2003, 13(6): 745-754.

4.Oelkrug R, Goetze N, Meyer C W, et al. Antioxidant properties of UCP1 are evolutionarily conserved in mammals and buffer mitochondrial reactive oxygen speciesJ. Free Radical Biology and Medicine, 2014, 77: 210-216.

5.Cooper E L, Wright R K, Klempau A E, et al. Hibernation alters the frog's immune systemJ. Cryobiology, 1992, 29(5): 616-631.

来源：云南科协