科學也可以如此靠近

嚴寒的冬天真的那麼不友好嗎?

2月
09
2019

2019年2月09日18時 姿勢志

姿勢志

雖然今年冬天外面的天氣確實很惡劣,但一件皮大衣、一頂針織帽、羊毛襪子、絕緣靴子,也許再加上一堆熊熊燃燒的火,對於生活在寒冷氣候中的人們來說,還過得去。但是野生動物呢?他們不會凍僵嗎?

任何在寒冷天氣遛狗的人都知道狗狗會發抖,喜歡冷爪子——這在一定程度上解釋了寵物服裝行業的繁榮。但花栗鼠和紅雀不會得到時髦的外套或靴子。

事實上,野生動物也會像人類和寵物一樣,死於凍傷和體溫過低。在美國北部,負鼠展開的尾巴是寒冷暴露的常見受害者。在佛羅里達,一場罕見的寒流常常導致鬣蜥從樹上墜落,海牛因寒冷而死亡。

避免寒冷對於保護生命或肢體(或者負鼠的尾巴)和繁殖機會是很重要的。這些生物學上的要求意味著野生動物必須能夠感覺到寒冷,以避免極端天氣的破壞性影響。動物物種也有自己的類似於人類的經歷,比如令人不快的咬人,還有針刺的感覺,這種感覺會促使我們儘快暖和起來,否則後果不堪設想。事實上,在所有脊椎動物中,感知溫度範圍的神經系統機制幾乎是一樣的。

溫血動物面臨的一個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,也就是冷血的青蛙,與老鼠相比,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,比如十三列地松鼠,只有在體溫低於不冬眠的吸熱溫度時才會感覺到寒冷。

所以動物知道什麼時候是冷的,只是溫度不同。當水銀柱垂直下落時,野生動物是在受苦呢,還是只是隨大流?

許多寒冷氣候的吸熱體表現出麻木:一種活動減少的狀態。他們看起來在睡覺。由於動物能夠在調節自身體溫和讓環境影響體溫之間進行遲鈍的交替,科學家們認為它們是「異溫動物」。在惡劣的條件下,這種靈活性提供了較低的體溫的優勢——在某些物種中,甚至低於32華氏度冰點——這與許多生理功能不兼容。其結果是代謝率降低,從而降低能源和糧食需求。冬眠是一種長期的麻木狀態。

對於體型較小的野生動物,特別是蝙蝠、鳴禽和嚙齒類動物,麻木具有節能的好處。它們自然地損失熱量更快,因為它們身體的表面積比它們的整體尺寸大。為了將體溫維持在正常範圍內,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,麻木並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。

正因如此,動物進化出了其他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,附屬物更小。許多動物進化出了幫助它們抵禦寒冷的行為:放牧、築巢、挖洞和在洞中棲息都是很好的防禦措施。隨著冬季的臨近,一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,並在皮毛或羽毛下面的皮膚上形成一層空氣絕緣層。

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環境。

站在冷水或冰上的動物得益於逆流熱交換(1).從心臟流出的溫暖的動脈血液(2)使流向心臟的較冷的靜脈血(3)升溫。

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?秘密就在於它們四肢的動脈和靜脈非常接近,從而產生了一個變暖和變冷的梯度。當血液從心臟流向腳趾時,動脈的熱量就會轉移到靜脈,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,但不至於冷到造成組織損傷。這種高效的系統被許多陸生和水生鳥類和哺乳動物所使用,甚至解釋了魚類鰓中的氧氣交換是如何發生的。

說到魚,它們怎麼能在冰冷的水中不從內而外結冰呢?幸運的是,冰會浮在水面上,因為水的密度最大,是一種液體,所以魚可以在凝固表面以下不太冷的溫度下自由遊動。此外,魚類可能缺乏其他脊椎動物所共有的感受器。然而,它們確實有獨特的酶,使生理功能在較低的溫度下得以繼續。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。

哺乳動物和鳥類在長時間的寒冷暴露下的另一個秘密武器是棕色脂肪組織或「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,也不需要顫抖時的能量效率低下,這是身體試圖升溫的另一種方式。這種不顫抖的熱量產生可能解釋了為什麼安克雷奇的人們可以在華氏40度的春日心滿意足地穿短褲和t恤。

當然,遷徙也是一種選擇——儘管對於野生動物和想要前往赤道附近的人們來說,遷徙的能源成本是昂貴的。

作為一個物種,人類有能力在一定程度上適應環境——我們中的一些人比其他人更適應環境——但我們並不是特別適應寒冷。也許這就是為什麼在寒冷的日子裡,你很難不為一隻松鼠感到難過。我們可能永遠不會知道動物是否害怕冬天——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禦寒冷的能力,確保它們能活到下一個春天。


延伸閱讀

5則動物趣味冷知識:羊駝十分依賴同伴,寂寞會致死

掉進黑洞究竟會發生什麼?真的可以實現時空穿越嗎?

撿到的天外隕石,可以算個人財產嗎?

重新了解!奧陌陌比例10/1,專家稱:很罕見!

考古學家發現史前人類遺蹟,證實矮人曾在真實存在

全球最大淡水魚:與恐龍同一個時期,重達幾千斤,被稱水中大熊貓

史上第一張黑洞照片問世,背後真相顛覆認知

盧特康對β-澱粉樣蛋白誘導的水迷宮損傷及大鼠被動功能障礙的改

愛因斯坦說對了!人類首張黑洞照片發布

假如有一光年長的輕杆,在一端輕輕動一下會發生什麼?


熱門內容

友善連結