動(dòng)物是如何冬眠的？科學(xué)家告訴你！
動(dòng)物是如何冬眠的？
對(duì)嚙齒類動(dòng)物的研究揭示了所涉及的神經(jīng)元。
《野生醫(yī)學(xué)：動(dòng)物的超能力》是一部關(guān)于一些動(dòng)物有非凡能力的紀(jì)錄片——從每年都能重新生長(zhǎng)的鹿角，到連續(xù)幾個(gè)月冬眠而不會(huì)失去肌肉質(zhì)量的動(dòng)物，這是人類所不具備的能力。
2019年SCINEMA國(guó)際科學(xué)電影節(jié)條目上，探討了科學(xué)家如何試圖解決這些改編作品數(shù)量背后的謎團(tuán)，以及了解它們有沒(méi)有可能有助于拯救人的生命。
例如，紅鹿在重新生長(zhǎng)鹿角后如何補(bǔ)充肋骨中的鈣，我們能利用這些知識(shí)來(lái)改善骨質(zhì)疏松癥的治療嗎？或者，黑熊在冬眠期間如何獨(dú)立于體溫調(diào)節(jié)新陳代謝，我們對(duì)此的理解是否可以用于在緊急情況下為醫(yī)療專業(yè)人員提供更多的醫(yī)療護(hù)理時(shí)間？
冬眠本身就是一種令人難以置信的現(xiàn)象，那么動(dòng)物是如何做到的呢？事實(shí)證明，下丘腦的特定神經(jīng)元會(huì)觸發(fā)嚙齒類動(dòng)物的冬眠狀態(tài)。
2020年發(fā)表在《自然》雜志上的兩項(xiàng)研究獨(dú)立劃分了引發(fā)嚙齒類動(dòng)物冬眠狀態(tài)的大腦回路，這可能會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生影響。
核心體溫受到非常嚴(yán)格的調(diào)節(jié)，在大約0.5攝氏度以內(nèi)，大約37攝氏度，一些動(dòng)物具有降低體溫和新陳代謝的顯著能力，以在惡劣的環(huán)境或食物短缺中生存。
盡管研究表明中樞神經(jīng)系統(tǒng)參與其中，但這種狀態(tài)的確切機(jī)制一直難以捉摸。
美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院的Sinisa Hrvatin表示：“他們對(duì)包括一些靈長(zhǎng)類動(dòng)物在內(nèi)的許多哺乳動(dòng)物的軀體和冬眠”的現(xiàn)象很著迷，許多哺乳動(dòng)物可以大幅降低其新陳代謝率和體溫，并進(jìn)入“休眠的狀態(tài)”。
“動(dòng)物如何進(jìn)入、調(diào)節(jié)和生存這些極端狀態(tài)是生物學(xué)的一個(gè)基本問(wèn)題，對(duì)這種生物學(xué)的理解可以對(duì)醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有重要的意義”。
能量守恒狀態(tài)被稱為torpor或冬眠，這取決于它持續(xù)的時(shí)間，在此期間，動(dòng)物可以將體溫降低5到10度甚至更多。
一些動(dòng)物，如小鼠，可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)將體溫降至每天30度，而其他動(dòng)物，如熊，則進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間的季節(jié)性冬眠。
Hrvatin和Michael Greenberg實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室小鼠（Mus musculus）中探索了這一點(diǎn)，這些小鼠可以通過(guò)在禁食時(shí)將新陳代謝和體溫大幅降低20度來(lái)刺激性腫瘤。
使用最新的技術(shù)，刺激下丘腦的一組神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在自然性發(fā)時(shí)被確定為活躍的，可以將小鼠推入這種狀態(tài)，即使在餓肚子的情況下。
然后，研究人員發(fā)現(xiàn)，它們可以通過(guò)阻止這些神經(jīng)元的活動(dòng)來(lái)防止轉(zhuǎn)發(fā)，從而確認(rèn)它們?cè)谡T導(dǎo)休眠樣狀態(tài)方面的核心作用。
動(dòng)物如何進(jìn)入、調(diào)節(jié)和生存這些極端狀態(tài)是生物學(xué)的一個(gè)基本問(wèn)題。
筑波大學(xué)Tohru Takahasi首次撰寫(xiě)的日本研究《橫跨太平洋》也將一組獨(dú)特的下丘腦神經(jīng)元Q神經(jīng)元與實(shí)驗(yàn)室小鼠的torpor聯(lián)系起來(lái)。
他們對(duì)這些小動(dòng)物進(jìn)行了基因工程，以便這些神經(jīng)元可以通過(guò)化學(xué)物質(zhì)或激光激活，導(dǎo)致小鼠不動(dòng)，體溫下降20多度。他們還減緩了心率、呼吸和新陳代謝，如在冬眠中觀察到的那樣。
狀態(tài)改變對(duì)小鼠的行為沒(méi)有不利影響，也沒(méi)有對(duì)組織或器官產(chǎn)生損害。
他們繼續(xù)在大鼠身上重復(fù)了實(shí)驗(yàn)，大鼠通常不會(huì)進(jìn)入發(fā)熱或冬眠的狀態(tài)，并表明激活Q神經(jīng)元仍然會(huì)誘發(fā)低代謝狀態(tài)。
哈佛醫(yī)學(xué)院的Clifford Saper和波士頓Beth Israel女執(zhí)事醫(yī)療中心的Natalia Machado在一篇相關(guān)評(píng)論中寫(xiě)道，這兩種研究的方法非常不同，相互加強(qiáng)。
這些實(shí)驗(yàn)研究挑戰(zhàn)了之前的理論。
Sakurai及其同事認(rèn)為，各種各樣的哺乳動(dòng)物可能有這些腦回路，包括人類和其他哺乳類動(dòng)物物種。
如果人類有類似的神經(jīng)元，Saper和Machado推測(cè)，我們就可以控制發(fā)燒或誘導(dǎo)體溫過(guò)低，并在心臟病發(fā)作或中風(fēng)等事件后減緩新陳代謝，以減少組織損傷。
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