神秘的胖尾侏儒狐猴大腦:世界唯一冬眠靈長類動物

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在18世紀,卡爾·林奈拉丁語lemures——死者的靈魂,遊蕩的鬼魂——為它們命名為狐猴。他知道這些靈長類動物在夜間漫步於馬達加斯加的森林中,它們的大眼睛充滿了月光,它們尖銳的叫聲在樹梢間迴盪。島上最小的狐猴之一,胖尾侏儒狐猴,在另一方面也像一個幽靈:它每年完全消失七個月。

很長一段時間,沒有人理解胖尾侏儒狐猴去了哪裡——島上的偏遠地區?精神世界?——或者它在那段時間裡都在做什麼,但科學家們有一個預感。也許狐猴在冬眠。如果是這樣,它將是世界上唯一的靈長類動物——也是唯一的幾種熱帶哺乳動物之一——這樣做。然而,考慮到馬達加斯加的氣候,狐猴可能會通過冬眠來度過每年的乾旱期,這似乎是有道理的。

一般來說,馬達加斯加有兩個季節:從11月到4月炎熱潮溼的季節,以及從4月到10月涼爽乾燥的季節。西海岸的落葉林是許多胖尾侏儒狐猴的棲息地,在旱季沒有開放的水源,只有缺乏糖分的纖維狀水果。科學家們推斷,也許胖尾侏儒狐猴會蜷縮起來等待雨季的到來,減緩新陳代謝,降低體溫。它可以依靠儲存在尾巴中的營養物質生存,隨著旱季的臨近,它的尾巴總是變得越來越肥胖。


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1993年,漢堡大學的卡特琳·道斯曼和她的同事最終對冬眠假說進行了檢驗。在1993年至2003年間,研究人員定期前往馬達加斯加西海岸的基林迪森林,在那裡他們捕獲了53只胖尾侏儒狐猴(Cheirogaleus medius)。他們給所有狐猴都貼上了無線電發射器以追蹤它們的位置,並在其中六隻靈長類動物體內植入了小型溫度感測器。

大約在四月份,狐猴像往常一樣消失了,但它們並沒有真正消失——只是看不見了。無線電發射器揭示了它們的藏身之處——樹洞中的巢穴——溫度感測器證實,這些靈長類動物實際上在旱季冬眠。然而,狐猴的冬眠方式很不尋常。

許多小型冬眠哺乳動物——包括北極地松鼠和歐洲刺蝟——每隔幾周定期從深度冬眠中醒來,並進入短暫的生物活動期,在此期間它們的體溫升高,新陳代謝加快,大腦活動增加。動物不一定會起床四處走動,但它們可能會排尿和排便。當它們從冬眠中醒來時,它們也會睡覺。這乍一看似乎是矛盾的;冬眠不就是一種深度睡眠嗎?不,不是。在冬眠期間,哺乳動物的大腦太冷,也太遲鈍,無法產生調節我們每晚期待的那種睡眠的電活動。一些科學家認為,對睡眠的需求完全解釋了為什麼哺乳動物會定期從冬眠中醒來,而另一些科學家則認為這只是原因之一。科學家們確切知道的是,任何長期睡眠不足的哺乳動物都會死亡。

在道斯曼的研究中,在隔熱良好的樹洞中冬眠的狐猴保持著大約25攝氏度(77華氏度)的恆定體溫,每10到14天醒來一次,有點像地松鼠和刺蝟。但是,在隔熱不良的樹洞內的狐猴的體溫每天隨著環境溫度波動20攝氏度或更高,環境溫度從夜間10攝氏度(50華氏度)或更低升高到白天30攝氏度(86華氏度)或更高。沒有人觀察到哺乳動物有如此被動的冬眠。道斯曼認為,這些靈長類動物基本上恢復到爬行動物的體溫調節形式,放棄了對身體恆溫器的控制權給環境,並節省了冬眠期間定期醒來的能量消耗。太陽為它們完成了大部分工作。

近年來,杜克大學的彼得·克洛普弗和他的同事一直在訪問馬達加斯加的基林迪森林,以更多地瞭解胖尾侏儒狐猴。克洛普弗特別有興趣研究侏儒狐猴的大腦如何應對冬眠。作為靈長類動物的大腦,狐猴的大腦相對於身體大小而言更大,更復雜,並且比松鼠的大腦更需要能量。克洛普弗和他的團隊在杜克狐猴中心觀察狐猴,並在馬達加斯加設定巢箱。他們測量狐猴在箱子內使用多少氧氣作為體溫變化的指標,並在皮膚下植入溫度感測器。研究人員還在狐猴的頭皮下插入細小的電極針,以測量它們大腦中的電活動。

到目前為止,他們的資料表明,冬眠的胖尾侏儒狐猴大腦在所有冬眠動物中都是獨一無二的,它所編排的睡眠模式與地松鼠或其他冬眠哺乳動物的睡眠模式截然不同。

在人類和大多數其他哺乳動物中,快速眼動(REM)睡眠——與做夢最相關的階段——約佔夜間睡眠的25%。對於不冬眠的胖尾侏儒狐猴來說也是如此。克洛普弗和他的團隊發現,當冬眠的侏儒狐猴睡覺時,它們只進入REM睡眠,並且REM睡眠的時間異常長。相比之下,北極地松鼠在冬眠期間很少或從不進入REM睡眠。克洛普弗推測,這幾乎就像靈長類動物的大腦在冬眠期間積累了對REM睡眠的迫切需求,並透過長時間的REM睡眠來滿足這種需求。作為最近一項研究的一部分,科學家們發現冬眠的黑熊保持著REM睡眠和非REM睡眠之間的典型迴圈,但與許多較小的冬眠動物不同,它們的體溫並沒有下降那麼多。

對於克洛普弗來說,冬眠地松鼠和侏儒狐猴的睡眠模式之間的差異表明,冬眠不是從一代進化到下一代的保守性狀。相反,冬眠可能是一種趨同性狀,在不同的動物群體中獨立進化了幾次。但是,克洛普弗強調,關於胖尾侏儒狐猴如何冬眠的研究仍處於初步階段,並且——與許多冬眠研究一樣——仍然有更多的問題而不是明確的答案。

克洛普弗還認為,作為靈長類動物,胖尾侏儒狐猴比北極地松鼠、倉鼠或刺蝟更適合作為研究誘導人類冬眠的動物模型。一些科學家已經將以受控方式故意降低人的體溫和新陳代謝的可能性視為一項醫學突破,這可能允許進行其他不可能的手術以及深空旅行。儘管研究人員在人工誘導齧齒動物冬眠方面取得了一些進展,但我們還遠未準備好將人類冰棒送往火星。

大約一週後,克洛普弗將返回馬達加斯加繼續研究胖尾侏儒狐猴,並開始研究鼩鼱的大腦活動,鼩鼱看起來有點像鼩鼱,是唯一另一種冬眠的熱帶哺乳動物。如果鼩鼱在冬眠期間也進入REM睡眠,那麼這種冬眠方式可能可以用熱帶環境來解釋,而不是靈長類動物特有的行為。道斯曼提出,也許只有熱帶冬眠動物的大腦才有機會變得足夠溫暖以高效節能的方式進行REM睡眠。在地下深處洞穴中冬眠的北極地松鼠不會暴露在環境溫度的劇烈波動中,因此它必須主動溫暖大腦才能睡覺,這需要大量能量——也許太多能量而無法完全進入REM睡眠。相比之下,熱帶冬眠動物可以在一定程度上依靠較高的環境溫度來溫暖大腦,使其足以進行REM睡眠。

無論確切的細節如何,事實仍然是:胖尾侏儒狐猴非常了不起。這些微小的狐猴表明,靈長類動物及其大腦有可能僅僅依靠尾巴上的脂肪生存七個月——在此期間每天忍受身體溫度的巨大波動——並從整個經歷中恢復過來,也許有點昏昏沉沉,但和以前一樣健康。科學家們現在知道侏儒狐猴消失時去了哪裡以及它們在做什麼。現在他們只需要弄清楚他們是怎麼做到的。

Ferris Jabr is a contributing writer for 大眾科學. He has also written for the New York Times Magazine, the New Yorker and Outside.

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