動物冬眠

生命尚未從地球上消失 是因為在每個時代轉換的災難中 仍有若干物種成功存活下來 動物、植物與微生物在大型隕石撞擊後的年歲中 成功進 入休眠狀態 或克服了輻射、乾旱 以及大氣層的異常變化 最大的物種滅絕事件導致約2 5億年前地球上95%的生物滅絕 那些倖存下來的人 想必對如何輕輕入睡、與死亡近在咫尺的祕密略知一二 濕度 這些是決定所有生物體內在生物鐘啟動或關閉的主要變數 是什麼引導它們在春天從冬眠中醒來、交配 或在冬天入睡 又或在遭遇乾旱時作出反應 是各物種在任何時刻所視為有利或不可接受的氣候參數 環境條件決定了它們能否生存 器官、感官與細胞在每隻動物體內協同作用 使其準備進入活躍或靜止狀態 面對長達數年的休眠期 一種可持續多年的活動停頓狀態 他們的身體必須極度謹慎 嚴格遵循荷爾蒙所指示的每一步驟 服從相關的生物化學過程 是未來某天能完好無損地從看似死亡 的沉睡中醒來的首要條件 而這種沉睡實際上已與死亡相差無幾 他們經常接觸 對於動物而言 呼吸、心跳、血液循環及大腦活動會減緩 有時甚至幾乎停止 死亡之所以為死亡 正是因為它一旦發生便永無回復之機 進入懸浮狀態後 有時間限制嗎 一個生物在深度睡眠中最多能存活多久 慵懶的程度有多種 層次也各不相同 有個傳說說 一隻蝸牛在倫敦自然歷史博物館的展示櫃裡沉睡了兩百年後醒來 發現它的保安從自己的三明治裡拿出一些生菜給它 蝸牛也吃了 現在 我們不清楚這究竟是關於蝸牛的傳說 還是英國警衛對職責忠誠的傳說 但科學指出 蝸牛可以睡上一整個季節 或許某些物種在環境條件不利時能休眠兩年 但兩百年 這似乎不可能 是嗎 每年 這種蝸牛最多僅會進入總共三個月的休眠狀態 超過那段時間後 若環境條件不允許其甦醒 這些遲緩的蝸牛死亡率將隨時間每日呈指數上升 這些動物需要濕度適中且溫和的氣溫 他們也不喜歡直射的陽光 因為皮膚極其細嫩 對紫外線非常敏感 正因如此 他們才在夜晚活躍 這也是為什麼當寒流來襲或酷熱難耐時 他們會斷開連線一兩週 然後再重新醒來 他們可以這樣斷斷續續地繼續生活下去 暫時停擺 等到心儀的天氣再度來臨時 再重新連結起來 地球上的生命受到環境波動的影響 溫度、濕度與光照會受到週期性過程的影響 在大多數情況下 我們談論的是溫和且漸進的變化 如同四季更替般自然 但有時人生也必須面對災難性的事件 例如超新星爆發所釋放的輻射 大型隕石的衝擊 或是地球磁軸的改變 這些災難性事件在極短時間內徹底改變了環境 無精打采是一種對生存至關重要的反應 在一個球形的行星上 當我們遠離赤道時 加熱 行星表面的恆星光線照射地面的角度會變得更大 換句話說 當我們接近兩極時 情況會相對緩和一些 由於地球的自轉軸也略微傾斜 因此地球 的每一半面會交替地接收到強弱不一的陽光 換句話說 當北方是夏天時 南方正是冬天 最嚴酷的環境迫使許多生物每年休眠數個月 這會使植物與昆蟲的生長停滯 若缺乏食物鏈網絡中最關鍵的要素 尋找食物幾乎變成了一件不可能的事 鳥類仍未學會冬眠 如同它們的許多獵物一樣 只要睡眠時藏得夠好 它們就能存活到下一季 儘管冬眠也並非完全沒有風險 對節肢動物來說 似乎輕而易舉就能把自己關掉再打開 它的大腦、神經系統和消化道都極為簡單 儘管如此 啟動或停止一個器官 甚至整個生物體 都需要分子與代謝機制之間極其精確的同步 連電力也必不可少 深度休眠與生命消失極為相似 所有身體功能均下降 能量合成能力亦降至最低 這就是為什麼許多動物一旦陷入那深沉的睡眠 便再也無法醒來 儘管它們藏身於粗壯的老樹樹幹之中 但樹木的隔熱效果並非總是足夠 而那些最衰弱、營養最差的個體 一旦越過邊界 便永遠迷失不返 冬眠雖然伴隨著風險 但從演化 角度來看 承擔這些風險是值得的 對許多物種而言 在錯誤的季節保持活躍甚至更為危險 缺乏食物 又暴露在如此惡劣的天氣條件下 若仍保持清醒 它們將無法存活 冬眠是一種不可或缺的技能 讓人能夠在某些生態系統中生存 而且這不僅僅是針對最基礎的生命形式而言 脊椎 動物同樣能夠進入休眠狀態 並大幅降低身體機能 魚的攝食量會隨著水溫而變化 體溫越低 所需攝取的食物就越少 因此 每種魚類在溫度低於某個程度時就會變得遲鈍無力 儘管它們需要從空氣中獲取氧氣 但當某些烏龜進入冬眠狀態時 它們的新陳代謝會大幅降低 因而不必頻繁浮出水面呼吸 並能透過皮膚或高度血管化的泄殖腔吸收足夠的氧氣 睡鼠是傳說中的瞌睡大王 在春季、夏季以 及秋季的大部分時間裡 它們處於正常的活動期 它們白天睡覺 每晚僅在洞穴外活動數小時 這解釋了他們聲名鵲起的部分原因 但除此之外 當真正的寒冬來臨時 食果睡鼠會蜷縮起來 睡在樹幹的一個深洞中 同時也充滿了植物材料 用來將自己纏繞起來 在高山之中 一隻熊在洞穴內將能量消耗降低百分之五十 而一隻睡鼠的消耗則減少超過百分之七十 它的心跳每小時僅一次 而且幾乎不喘氣 儘管在較溫和的日子裡 當冬眠期較輕鬆時 睡鼠仍能自行醒來 從糧倉中取出食物食用 它能在短短幾個小時內消化掉這些食物 有了這些食物以及秋天累積的脂肪 它肯定能安然度過又一年 冬眠的極端形式便是凍結 任何動物都無法在組織與細胞液體持續凍結的情況下長久存活 然而 某些爬行動物 特別是部分龜類與蛇類 至少可於部分凍結狀態下存活兩至三天 這段時間看似不長 但當冬天來臨 氣溫比往常更低時 卻可能成為成功與失敗之間的關鍵差異 巴黎蟾蜍更能忍受更長時間的凍結 一旦其身體感知到溫度急劇下降 便會開 始合成葡萄糖 這是一種優良的抗凍物質 它的身體還含有其他能減緩結冰過程的保護物質 還有其他細胞會在內部水分轉化 為冰、體積增大時 抑制其擴張 多虧化學作用 這種動物能防止組織被撕裂 進 而在其生態系統中極端嚴 苛的環境下存活更長時間 能夠抵禦冬季最寒冷的五天 就足以讓它們在山上 的更高處殖民一個湖泊 並在春天解凍時甦醒過來 兩棲類是脊椎動物中一個古老的演化支 只有魚活得更久 但離開水域生活要困難得多 尤其是溫度變化 若想開拓新領土 你必須適應這些變化 海水的溫度從北極海到紅海相差約攝氏三十度 然而在沒有水的情況下 這顆行星的溫度變化超過一百攝氏度 然而兩棲類動物已成功入侵幾乎所有的生態系統 即使是那些一年中幾 乎毫無水源的極端環境 也促使兩棲類動物放棄冬眠 改為夏眠 兩棲類的皮膚 即使是蟾蜍那較厚於青蛙的皮膚 也無法抵禦乾燥 亦無法長時間承受陽光直射 要承受那種環境 兩棲動物就得像爬行動物一樣長有鱗片 但他們並未如此 反而把自己埋進泥土裡 僅在幾公分深 的泥層下尋找濕氣 以保持涼 爽與水分 直到太陽稍稍緩和 夏眠通常僅持續數週 甚至僅數 日 正好發生在夏季最乾旱的時期 儘管乾旱有時會持續數年 兩棲類的演化支系源自魚類 毫無疑問地 魚類被迫征服陸地 當乾旱開始將它們的液態媒介轉化為無法呼吸也無法游泳的泥濘時 有些生物 例如西非肺魚 甚至發展出了真正的肺 更何況 這種物種已學會在泥中 埋藏數個月 甚至數年時間入睡 當肺魚被困在昔日沼澤乾涸後的底部而無水可依時 它便開始由用鰓呼吸轉為用肺呼吸 這是一個艱難的時刻 魚兒必定感到極度焦慮 同時 它必須在泥土尚未完全 硬化前 埋身淤泥濘中尋求救贖 它必須立即且同時完成這兩項任務 它盡可能地向下挖掘 試圖深入地底 以避開脫水的風險 因為它不知道自己可能得等待一年 甚至十年 在地表狀況恢復正常之前 這項任務幾乎將其生存機會逼至極限 但它以前也這麼做過 身體逐漸適應 當它覺得安全時 便停下休息 在接下來的幾個小時內 它會逐漸分泌出一層黏液膜 將 自身包裹起來 外層乾燥後形 成一層保護膜 防止水分流失 它的新陈代谢會減慢 能量消耗與呼吸速率也會跟著下降 連看起來都好像已經死了 這種魚類曾被發現構成十 多年前建成的泥屋的一部分 當屋頂在暴雨中倒塌時 這些泥屋又重新顯現出生機 由於羽毛的保護 鳥類幾乎不會受到溫度的困擾 但蜂鳥的新陳代謝極高 要能懸停在空中並從每朵花中吸食花蜜 牠們必須以極高的速度拍打翅膀來 保持平衡 這過程會消耗大量能量 牠們必須不斷進食 卻又需要光線才能飛行 因 為夜晚時牠們將無法準確地將喙對準花朵的心臟 此外 它們會撞上樹枝 而它們翅 膀揮動的速度下 任何碰撞都將致命 如果他們必須整夜禁食 又怎麼可能不餓死呢 解決方案是一種深度睡眠 期間它們白天 的體溫會從攝氏40度下降至28度以下 他們陷入昏沉 進入類似冬眠的睡眠狀態 但這種狀態僅持續到夜晚結束為止 蝙蝠的新陳代謝極高 但與蜂鳥不同的是 它們整天都在睡覺 嗯 幾乎整晚都在睡 大多數蝙蝠物種 尤其是以昆蟲為食 的物種 每天僅會外出飛行約四小時 他們現在就開始 就在日落後 並非因為他們害怕光明 也非因 為陽光會像吸血鬼一樣將他們分解 因為黃昏是牠們狩獵而不會遭到襲擊的最佳時機 蝙蝠是全世界睡眠時間最長的動物 它們不僅每天倒掛約20小時 而且生活在冬季氣候寒冷地區的物種也如此 也必須在昆蟲不多的月份裡睡覺 若將這些打盹的時間全部加總起來 溫帶地區的蝙蝠 一生中僅有百分之二十至二十五的時間是處於活躍狀態 當氣溫極低時 蝙蝠會降低身體 活動以避免耗盡體內的能量儲備 這能避免他們餓死 但也讓他們變得更容易受傷 若捕食者在它們這般無力的狀態下發現它們 就注定難逃一死 它們的肌肉無法輕易重新啟動 無法飛離以求生 鳥類是恐龍的後代 其中適應力最強的種類 演變成了今日效率最高的掠食者 鳥類不會冬眠 但他們專精於在最艱困的時刻尋找食物 現在沒有果實 也沒 有種子 昆蟲則不是 以卵或幼蟲的形式藏匿 就是已經死亡了 而這隻蝙蝠選錯了休息的地點 這是一場殘酷的宴會 寒冷讓人極度飢餓 只剩下雙翼 它已成功儲備了數日所需的物資 松毛蟲是一種極為特殊的昆蟲 以及它睡覺的方式 或各種不同的睡姿 這種蛾類的幼蟲 能夠抵禦寒冬的嚴酷考驗 無需經歷深沉的倦怠過程 他們的睡袋由 無數層細密的絲 線編織而成 是高科技的構造 旨在保護他們免受掠食者侵襲 更重要的是抵禦嚴寒 內部不僅有大量毛蟲 蠕動著彼此取暖 還有 一個社群環繞在脫下的 皮膚與排泄物之中生活 既能提供隔熱效果 又 能在分解時產生少量熱量 因此 當冬天飢餓的鳥類夜晚看不見它們時 它們便安靜地出來 啃食它們所棲息的松樹針葉 白天時 當其他昆蟲稀少 這些毛蟲正是理想的美餐然而 這並非該物種所發展 出最令人驚訝的策略 冬季時 他們甚至能在夜晚保持活躍 並以極少數生物能比擬的方式抵禦寒冷 但當春天來臨 如同大多數蛾類幼蟲一樣 是時候讓他們經歷蛻變了 而這也正是他們被稱為松毛 蟲的原因所在 極其容易理解 他們一個接一個地前行 尋找最適合埋藏自己的地方 這條線幾乎從未中斷 因 為每隻幼蟲都沿著絲線前進 被前面那隻留下 而那隻又跟隨它前面的那隻 如此一路延續 直到領頭的毛毛蟲為止 他們行進時所劃出的這條安全線 是引導他們找到那個地 方的憑藉 那裡曾是他們如兄 弟姐妹般在繭中一同沉睡之處 他們保存了氣象訊號 以確 保殖民地能在正確的時機醒來 但並非所有個體都會 在同一時間化作飛蛾 它們將在連續三年內陸續出現 他們就是這樣避免所有個體 死亡的——無論是出生於旱年 還是恰好在那一刻被天敵發現 其目的在於預防—— 殖民地所遭受的全面毀滅 在地下沉睡第一季後 這些人中僅有六成能夠醒來 第二年 另外35%將化為蛾類 而其餘的5%則會在第 三年顯現於光天化日之下 許多昆蟲已學會 斷斷續續地生活 以避開風險最高的環境條件 它們在幼蟲階段進行此行為 或在卵內處於胚胎期的休眠狀態 或在蛹殼中進行 它們運作方式如同真正的時光機 這些原始生物已學會間歇性地生活 如此便能安全度過 數十年 甚至更久 他們學會了以我們認為其 祖先所採用的方式等待 那 是一種最原始的生命形式 面對巨大災難時的等待方式 自寒武紀首次大滅絕以來 陸 續又發生了多次大規模物種滅絕 其中最慘烈的一次是二疊紀滅 絕事件 發生於兩億五千萬年前 並被非正式地稱為「大滅絕」 因 為地球上95%的物種在當時滅絕 相較之下 恐龍時代的滅絕要 溫和得多 也是最後一次大規 模滅絕 儘管有人主張 我們 如今已進入新的大規模滅絕時期 由人類行為所引發 生物面對我們所知的滅 絕事件時 將如何應對 在冰河期中存活下來的物種中 那百分之五或十的物種是哪些 它 們又如何生存下來 又或者那些成 功避免滅絕的物種又是如何做到的 在超級火山爆發、隕石撞擊 或 距離地球過近而 爆炸的超新星之前 或許唯有懂得深度入睡之人 才能在這些事件中倖存下來 或許正因為他們有午睡的習慣 我們才能活到現在 這是一種極其罕見的物種 幾乎肯 定能夠在大規模滅絕事件中存活下來 鹽水蝦（Artemia salina）是一種原始而簡單的生命形式 這種甲殼類動物是一種鹹水蝦 與真正的蝦類有親 緣關係 它在極短時間內 孵化並繁殖的能力令人驚異 鹽蟲是一種成功 征服全球的動物 鰲蟲是完成整個生物週期 所需時間最短 的多細胞生物 從出生那一刻起 到繁衍下一 代為止 不過短短十五天而已 殖民地處於持續的繁殖過程中 始終可見雄性試 圖使雌性的卵受精 而雌性則在產卵 覆蓋著泥濘的底部 也掩埋了他們生存的機會 鹽水蝦可以生活在各種水體中 但牠們更偏好鹹淡水 即使對其他生物而言過於鹹的水 對牠們來說也是一處可接受的環境 那裡幾乎沒有競爭對手或天敵 只有紅鶴學會了在相同環境中生存 因此這 些鳥類一旦發現紅鶴 便會盡可能地捕食它們 但鹽水蝦的繁殖速率極高 使得 鳥類與甲殼類之間得以維持平衡 儘管如此 鹽水蝦（Artemia salina）真正的專長在 於讓它能到達其他生物無法涉足之地便是其克服最惡劣環境條件的能力 它已適應了真正極端的生態系統 它能抵禦凍結、極高 溫度以及紫外線的曝曬 我們也知道它曾度過有 紀錄以來最長的乾旱期 在蛋內的胚胎狀態下 它能避免脫水 並存活 數十年 在今日發現鹽 蟲的某些沙漠生態系統中 我們知道他們曾經歷過極長的時間 甚至數百年都沒有降雨 有人猜測 儘管比例可能極小 但這些蛋的寬度僅如 人類頭髮般細 卻仍可能在 塵土中被埋藏數世紀而倖存 或許沉睡了千年之久 這些卵在休眠狀態中存活下 來的過程稱為乾眠 此時所 有代謝活動都停止 靜待降雨 幾乎無限期地延續下去 彷彿已經死亡一般 雨雲終於降下甘霖 鹽水蝦的復活速度令人目眩 幸存的個體聚集在一起 進食並再度繁殖 以防萬一 必須突然再次進入休眠狀態 鹽水蝦可能是一個值得借鑒的良 好模型 以度過大規模滅絕的時期 植物也懂得如何入睡 我們有證據顯示 它們能沉睡數千年之久 在會落葉的植物中 它 們打盹的樣子顯而易見 夏季時吸收太陽能量的綠色葉綠素 在葉片中已不再需要 並被重新吸收 接著 葉片中原本隱藏的其他 色素便會顯現出來 持續數日 紅色與黃色是樹木為防禦過量的太陽 輻射或草食性動物 而產生的物質的顏色 但當樹木如山毛櫸不再值得捕捉陽光時 它們會盡可能從每片 葉子中吸收所有養分 並將葉子與支撐它的枝條徹底分離 他們甚至連一點水都不再提供 最終 空氣將它拋向地面 葉片在下方堆積形成的柔軟床墊 不僅有助於森林地 表抵禦寒冷 也能促進自身更新 迎接下一個生命循環 在那些四季如冰般嚴酷的緯度上 樹木在寒冷的月份裡樹液會停止流動 樹幹和枝條的生長完全停止 它們身 上任何看似有生命的跡象也隨之消失 即使在動物最嚴格的冬 眠狀態之下 植物的生 命活動仍會完全停止 主要是為了避免被凍死 儘管植物擁有更極端的睡眠形式 人類記錄中最長的睡眠是多久 這是一個與生命定 義直接相關的問題 由於某些睡眠狀態極難與死亡區分 這些大麥粒是活的嗎 有些是 是的 但其他則已乾枯死亡 他們五歲大 他們來自一座古老的埃及墓穴 我們能否區分出那些能發芽與不能發芽的種子 在每一粒穀物之中 某些分子 早已靜待已久 只等適宜的光 照、溫度 尤其是濕度出現 便會啟動複製 DNA的連鎖反應 當這些古老的種子被播種於土壤中時 有些已生根並萌發出新的植株 或許只有極小部 分人能堅持那麼久 但這無疑是一次極大的覺醒 冬眠機制在等待生 命適宜條件時展現 出令人著迷的特性 種子的沉睡將生 命的耐心與韌性推 至極致 看似靜止 的胚胎中 仍隱藏著某種形式的生命 正等待著那關鍵的靈感閃現 人生頗為固執 它超越一切艱難 超越一切物種而長存 即使整個星球滅亡 現在人們也認為 生命以某種原始形式 可能 正搭乘小行星 或藏身於其他星球 碎片的彗星冰層中 於宇宙間流竄 因此 或許宇宙中充滿了 潛伏的生命 正靜靜地躺在 死亡的邊緣 等待著有朝一日能抵達足以醒來的所在