熊可以冬眠，人为什么不行？
2019/12/23 7:00:00 科学大院

     熊是一种典型的冬眠动物。

     对于熊来说，一年主要分为三个季节：春至秋的享乐季节；秋至冬的大吃特吃季节；冬至春的睡觉季节，因为时间延绵了整个冬天，所以这段时间又被称为“冬眠”。

    

     冬眠前的灰熊 (图片来源：National Park Service, via Reuters)

     一起冬眠吗？不大小便那种

     熊在冬眠期间，新陈代谢速度会减慢，它们的体温会降至1℃到9℃。所有身体机能会大幅下降：呼吸很弱，心跳变慢，对外界刺激的敏感性下降。

     除此之外，还有一个很重要的点，那就是这段时间，它不会大便或小便。大小便可以排出含氮化合物，因为含氮化合物不能正常排出，熊的血液中非蛋白含氮量急剧上升。但奇怪的是，这并不会损害熊的肾脏或肝脏。

     要知道，如果人类血液中非蛋白含氮量超出正常值，就会出现一系列的健康问题。人体中血液的正常含氮量为20~25毫克/100毫升(全血)。其中尿素所含的氮最多，超出这个值说明你的肾可能有问题了。血液中非蛋白含氮量的测定是临床上判断肾功能的一项重要指标，当肾功能衰竭的时候，血液中的非蛋白含氮化合物就会升高。这也是人类为什么不能冬眠的原因之一，因为代谢速率过慢，导致体内的有害物质积累过多。

     熊：我胖我健康，你行吗？

     并且，熊还有一个神奇的地方。

     前文提到说，熊在冬眠开始前，会大吃特吃，变成一个大胖子。美国阿拉斯加卡特迈国家公园和自然保护区(Alaskas Katmai National Park)甚至还为熊举办了“胖熊周”活动，看看谁吃得最多，让全世界的网友都可以参加投票，看谁才是最肥的崽。今年冠军是熊435号Holly，它是一个妹纸。

    

     (图片来源：ABC News go.com)

     人类如果想冬眠就也得大吃大喝来囤积脂肪，但人要吃成Holly这样的大胖子，可就出大事了。人类如果体重大幅增加时，脂肪、肝脏以及肌肉组织细胞对胰岛素的敏感度会降低，进而胰岛素水平升高。胰岛素增加反过来又会阻止脂肪细胞的分解，从而形成恶性循环，最终发展为胰岛素抵抗。胰岛素抵抗引起的血浆中高胰岛素和高糖含量，则经常会导致代谢综合征、痛风和2型糖尿病。

    

     2型糖尿病的机理 (图片来源：Frontiers)

     这点上，熊就很让人羡慕嫉妒恨了。

     科学家曾观察过熊在冬眠前、冬眠中和冬眠后的血糖水平、胰岛素水平、体重以及其它代谢指标。发现它们增重超过约45千克后，它们的细胞依然对胰岛素敏感，血糖和胰岛素水平也保持在稳定。虽然在冬眠开始后，熊们会经历暂时的、季节性的胰岛素抵抗期。但当春天来临时，一切就又完全恢复正常了。

     所以每年春天醒来，熊都不会因为冬眠而遇到健康问题，尽管刚起来有点昏昏沉沉的，但整体来说是健康的。简单来说，它们在冬眠前中期虽然是一个胖子，但却是一个健康的胖子。真是气skr人!

     最后，春天熊冬眠醒来之后，除了脂肪差不多没了，看起来瘦了些，肌肉基本没变化，通过吃吃吃就又能恢复了。然而，如果一个人在床上躺太久，就会出现肌肉萎缩的问题。如果一个人一直躺着不动，肌肉会以每周10-15%的速度下降。当然这种减少不会一直持续下去，直到和你一天的能量收支持平以后，就会停止。

    

     同一只熊的增重前和增重后的对比 (图片来源：Washingtonpost.com)

     为何熊冬眠不出毛病？全靠基因

     那为什么熊不会有这些冬眠带来的毛病呢？

     华盛顿州立大学(Washington State University)的一组研究人员今年9月在《通信生物学》(Communications Biology)杂志上发表了一项研究，解释了冬眠中的灰熊的细胞发生了什么。

     这所大学是美国唯一的灰熊研究中心(W.S.U. Bear Center),那共有11只熊，其中一些灰熊要么是被圈养的，要么是在野外被认定为存活有问题的熊之后，被转移进来的。

    

     灰熊(图片来源：WSU Bear Center)

     研究人员在一年中共3次从6只圈养的灰熊的肝脏、脂肪和肌肉组织中提取样本。然后在实验室里，研究人员分析了样本的DNA，以了解细胞在一年中发生的变化。研究发现，冬眠对每个组织的细胞影响都是不同的。

     其中，熊的脂肪组织的基因表达差异性在冬眠期间最大，而肌肉组织几乎没有变化。

    

     熊的脂肪表达差异远大于肌肉和肝脏的

     (图片来源：文献1)

     并且发现即便是同一只熊的脂肪细胞，在一年的不同时间段，脂肪细胞中的大部分的基因也会改变它们的表达水平。要知道，研究人员之前观察马达加斯加矮狐猴冬眠时，它们的脂肪细胞中，只有几百个基因会季节性地改变其表达水平。换言之，如果我们想通过基因编辑来获得类似熊的冬眠能力，是一件很难的事，因为不是修改一两个基因就可以搞定的……

     这些基因中，与胰岛素信号传导、肌肉蛋白降解和尿素生成的相关功能基因表达量减少，而与肌肉蛋白合成相关的基因表达增加。这也就解释了为什么灰熊在冬眠期间能保持肝脏和肾脏的健康，并且还能够肌肉不萎缩。说到底还是基因啊!

     虽说未来人类也许会用到冬眠的能力，比如星际旅行什么的，但那是未来的事，现阶段想要完美控制人体细胞的新陈代谢，保持相对健康的水平，还是一件很难的事。所以还是赶紧在寒冷的冬日里早起搬砖吧。

     参考文献:

     [1]https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(14)00316-7

     [2]https://www.nature.com/articles/s42003-019-0574-4

    

     本文由科普中国融合创作出品，苏澄宇制作，中国科学院计算机网络信息中心监制，“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌

    

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