本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
在18世纪,卡尔·林奈以拉丁语lemures——死者的灵魂,游荡的鬼魂——为它们命名为狐猴。他知道这些灵长类动物在夜间漫步于马达加斯加的森林中,它们的大眼睛充满了月光,它们尖锐的叫声在树梢间回荡。岛上最小的狐猴之一,胖尾侏儒狐猴,在另一方面也像一个幽灵:它每年完全消失七个月。
很长一段时间,没有人理解胖尾侏儒狐猴去了哪里——岛上的偏远地区?精神世界?——或者它在那段时间里都在做什么,但科学家们有一个预感。也许狐猴在冬眠。如果是这样,它将是世界上唯一的灵长类动物——也是唯一的几种热带哺乳动物之一——这样做。然而,考虑到马达加斯加的气候,狐猴可能会通过冬眠来度过每年的干旱期,这似乎是有道理的。
一般来说,马达加斯加有两个季节:从11月到4月炎热潮湿的季节,以及从4月到10月凉爽干燥的季节。西海岸的落叶林是许多胖尾侏儒狐猴的栖息地,在旱季没有开放的水源,只有缺乏糖分的纤维状水果。科学家们推断,也许胖尾侏儒狐猴会蜷缩起来等待雨季的到来,减缓新陈代谢,降低体温。它可以依靠储存在尾巴中的营养物质生存,随着旱季的临近,它的尾巴总是变得越来越肥胖。
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1993年,汉堡大学的卡特琳·道斯曼和她的同事最终对冬眠假说进行了检验。在1993年至2003年间,研究人员定期前往马达加斯加西海岸的基林迪森林,在那里他们捕获了53只胖尾侏儒狐猴(Cheirogaleus medius)。他们给所有狐猴都贴上了无线电发射器以追踪它们的位置,并在其中六只灵长类动物体内植入了小型温度传感器。
大约在四月份,狐猴像往常一样消失了,但它们并没有真正消失——只是看不见了。无线电发射器揭示了它们的藏身之处——树洞中的巢穴——温度传感器证实,这些灵长类动物实际上在旱季冬眠。然而,狐猴的冬眠方式很不寻常。
许多小型冬眠哺乳动物——包括北极地松鼠和欧洲刺猬——每隔几周定期从深度冬眠中醒来,并进入短暂的生物活动期,在此期间它们的体温升高,新陈代谢加快,大脑活动增加。动物不一定会起床四处走动,但它们可能会排尿和排便。当它们从冬眠中醒来时,它们也会睡觉。这乍一看似乎是矛盾的;冬眠不就是一种深度睡眠吗?不,不是。在冬眠期间,哺乳动物的大脑太冷,也太迟钝,无法产生调节我们每晚期待的那种睡眠的电活动。一些科学家认为,对睡眠的需求完全解释了为什么哺乳动物会定期从冬眠中醒来,而另一些科学家则认为这只是原因之一。科学家们确切知道的是,任何长期睡眠不足的哺乳动物都会死亡。
在道斯曼的研究中,在隔热良好的树洞中冬眠的狐猴保持着大约25摄氏度(77华氏度)的恒定体温,每10到14天醒来一次,有点像地松鼠和刺猬。但是,在隔热不良的树洞内的狐猴的体温每天随着环境温度波动20摄氏度或更高,环境温度从夜间10摄氏度(50华氏度)或更低升高到白天30摄氏度(86华氏度)或更高。没有人观察到哺乳动物有如此被动的冬眠。道斯曼认为,这些灵长类动物基本上恢复到爬行动物的体温调节形式,放弃了对身体恒温器的控制权给环境,并节省了冬眠期间定期醒来的能量消耗。太阳为它们完成了大部分工作。
近年来,杜克大学的彼得·克洛普弗和他的同事一直在访问马达加斯加的基林迪森林,以更多地了解胖尾侏儒狐猴。克洛普弗特别有兴趣研究侏儒狐猴的大脑如何应对冬眠。作为灵长类动物的大脑,狐猴的大脑相对于身体大小而言更大,更复杂,并且比松鼠的大脑更需要能量。克洛普弗和他的团队在杜克狐猴中心观察狐猴,并在马达加斯加设置巢箱。他们测量狐猴在箱子内使用多少氧气作为体温变化的指标,并在皮肤下植入温度传感器。研究人员还在狐猴的头皮下插入细小的电极针,以测量它们大脑中的电活动。
到目前为止,他们的数据表明,冬眠的胖尾侏儒狐猴大脑在所有冬眠动物中都是独一无二的,它所编排的睡眠模式与地松鼠或其他冬眠哺乳动物的睡眠模式截然不同。
在人类和大多数其他哺乳动物中,快速眼动(REM)睡眠——与做梦最相关的阶段——约占夜间睡眠的25%。对于不冬眠的胖尾侏儒狐猴来说也是如此。克洛普弗和他的团队发现,当冬眠的侏儒狐猴睡觉时,它们只进入REM睡眠,并且REM睡眠的时间异常长。相比之下,北极地松鼠在冬眠期间很少或从不进入REM睡眠。克洛普弗推测,这几乎就像灵长类动物的大脑在冬眠期间积累了对REM睡眠的迫切需求,并通过长时间的REM睡眠来满足这种需求。作为最近一项研究的一部分,科学家们发现冬眠的黑熊保持着REM睡眠和非REM睡眠之间的典型循环,但与许多较小的冬眠动物不同,它们的体温并没有下降那么多。
对于克洛普弗来说,冬眠地松鼠和侏儒狐猴的睡眠模式之间的差异表明,冬眠不是从一代进化到下一代的保守性状。相反,冬眠可能是一种趋同性状,在不同的动物群体中独立进化了几次。但是,克洛普弗强调,关于胖尾侏儒狐猴如何冬眠的研究仍处于初步阶段,并且——与许多冬眠研究一样——仍然有更多的问题而不是明确的答案。
克洛普弗还认为,作为灵长类动物,胖尾侏儒狐猴比北极地松鼠、仓鼠或刺猬更适合作为研究诱导人类冬眠的动物模型。一些科学家已经将以受控方式故意降低人的体温和新陈代谢的可能性视为一项医学突破,这可能允许进行其他不可能的手术以及深空旅行。尽管研究人员在人工诱导啮齿动物冬眠方面取得了一些进展,但我们还远未准备好将人类冰棒送往火星。
大约一周后,克洛普弗将返回马达加斯加继续研究胖尾侏儒狐猴,并开始研究鼩鼱的大脑活动,鼩鼱看起来有点像鼩鼱,是唯一另一种冬眠的热带哺乳动物。如果鼩鼱在冬眠期间也进入REM睡眠,那么这种冬眠方式可能可以用热带环境来解释,而不是灵长类动物特有的行为。道斯曼提出,也许只有热带冬眠动物的大脑才有机会变得足够温暖以高效节能的方式进行REM睡眠。在地下深处洞穴中冬眠的北极地松鼠不会暴露在环境温度的剧烈波动中,因此它必须主动温暖大脑才能睡觉,这需要大量能量——也许太多能量而无法完全进入REM睡眠。相比之下,热带冬眠动物可以在一定程度上依靠较高的环境温度来温暖大脑,使其足以进行REM睡眠。
无论确切的细节如何,事实仍然是:胖尾侏儒狐猴非常了不起。这些微小的狐猴表明,灵长类动物及其大脑有可能仅仅依靠尾巴上的脂肪生存七个月——在此期间每天忍受身体温度的巨大波动——并从整个经历中恢复过来,也许有点昏昏沉沉,但和以前一样健康。科学家们现在知道侏儒狐猴消失时去了哪里以及它们在做什么。现在他们只需要弄清楚他们是怎么做到的。