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撰文｜clefable
審校｜黃雨佳
如果你在萬籟俱寂的深夜醒來，不一定是因為失眠或者疾病，還可能是因為身體對於喝水或者排尿的渴望過於強烈。睡眠很重要，不過維持身體正常的水迴圈可能更重要。
人類在動物界中是一種比較消耗水的生物，一天大概需要1.5～3升水，而3天不喝水就可能嚴重脫水。相比之下，一些動物在用水上真正做到了極簡，比如生活在北美洲西部乾旱地區的更格盧鼠（Kangaroo rats，也可以稱為袋鼠鼠），它們演化出了完全不用飲水的能力。它們唯一的水分來源是植物種子，並透過減少水分從皮膚、呼吸系統流失和濃縮尿液，做到了身體力行地珍惜每一滴水。
還有一些動物一年中有半年完全不需要飲水，甚至壓根也不需要進食。你應該已經猜到，它們是一些會冬眠的動物。這其中並不包括一些因冬眠而出名的動物，例如熊、蛇和倉鼠等，它們在冬眠時都會有短暫醒來的時候，它們可能會出門找水源。蛙類的皮膚就能吸水，因此冬眠時可以透過皮膚從溼潤的環境中吸收水分。
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科學家對這些冬眠和可以休眠的動物（例如水熊蟲）有著十足的好奇心，因為它們實現這種“超能力”的方法，很有可能成為未來人類太空旅行的生物指南。不過，這些研究的過程卻充滿曲折。美國耶魯大學醫學院的神經科學家
埃琳娜·O.格拉喬娃（Elena O. Gracheva）等人表示，在探索了100多年後，研究人員仍然不知道那些冬眠幾個月內不飲水的動物為何能存活。不過，如今隨著研究技術的進步，這個未解之謎即將破解。
作為這些研究者中的一員，格拉喬娃和同事研究的是一種冬眠半年但無需喝水的動物——十三紋地松鼠（Ictidomys tridecemlineatus）。幸運的是，她們獲得了不錯的回報。僅僅去年一年，她們就發了3篇論文，其中一篇發表在《科學》（Science）上。這些研究成果加上她們數年前的發現，很大程度上破解了這個持續了100多年的謎團。
冬眠前喝水，再喝是半年後
十三紋地松鼠（後文簡稱“地松鼠”）生活在北美洲的草原和牧場，一年冬眠6～8個月的時間。每年的夏末都是食物很豐富的時候，因此它們在這時會囤積厚厚的一層脂肪和大量食物。到10月時，它們就會開始進入“待機”狀態了，整個身子蜷縮成毛茸茸的一團。
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值得一提的是，地松鼠冬眠時並非一直在睡，而是會在兩種狀態之間迴圈，也就是麻木期（torpor）和間歇性喚醒期（interbout arousal）。在麻木期，它們的體溫會下降到接近環境溫度，通常為5°C～7°C。它們的新陳代謝率會大幅降低，身體幾乎完全靜止，呼吸和心率也會顯著減緩——從每分鐘100次左右直接降到大約每5分鐘一次。這種近乎一丟丟活的狀態，會持續2～3周。
或許是意識到再睡下去命就沒了，它們會短暫醒來活躍一會，但一般不會超過24小時。這個時期就是間歇性喚醒，它們的體溫會恢復至37°C，但仍然只在洞穴活動，不會出去尋找水源。
對於地松鼠等動物來說，冬眠是一種度過資源匱乏期的有效策略，但這需要付出一定的代價。它們在麻木期會進入冷缺血狀態（cold ischemia），代謝進入失衡狀態，一部分血液會儲存進脾臟，剩下的血液流速會變緩，只優先供應到關鍵器官（如大腦和心臟）。因此，非關鍵的器官就會因為血液供應減少而慢慢出現損傷。
2011年，在一項發表於《移植》（Transplantation）的研究中，美國科羅拉多大學的研究者發現了松鼠在麻木期出現的腎臟損傷，會在間歇性喚醒期會恢復。在間歇性喚醒期，這些器官會再次被血流充分灌注。這個過程則可能導致器官和肌肉出現氧化應激和損傷。為了避免這種情況，松鼠會增強身體的抗氧化能力，並透過血液灌注讓細胞恢復活動、修復損傷，再透過濃縮尿液等將積累的代謝廢物排出。
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在這一步之後，它們又會再次進入麻木狀態，並在差不多半年內持續這個迴圈。然而，它們就是一直沒有喝水。
身體特別渴，但腦子沒感覺
格拉喬娃和同事發現，地松鼠在冬眠時其實會處於嚴重的缺水狀態，但它們就是不喝水，甚至不進食——這真的很奇怪。
正常情況下，為了維持體液平衡，幾乎所有哺乳動物口渴了都會去找水喝。在人體內，缺水會導致血液滲透壓升高，血容量減少或血壓下降。這種改變會直接刺激腎臟釋放醛固酮，保鈉去鉀和吸收水分。
與此同時，腎臟也會向血液中釋放血管緊張素II。這種激素會隨著血液達到大腦，並被穹窿下器（SFO）和終板血管器（OVLT）感知到。SFO和OVLT分別是位於大腦第三腦室的前壁的2個富含血管的神經組織。它們位於血腦屏障外側，因此能更靈敏地感知體液的變化。
在這之後，SFO和OVLT就會將體液失衡的訊號傳遞到下丘腦。而後者會釋放抗利尿激素，觸發口渴感和飲水行為。
格拉喬娃和同事充分研究地松鼠在冬眠時的神經機制後，發現它們體內血管緊張素II和醛固酮濃度在冬眠期間分別增加了一倍和2倍——這正是缺水的特徵。但很怪異的是，它們的大腦卻沒有產生口渴感，這也是地松鼠可以一直不喝水的原因。
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這種矛盾的源頭在於，冬眠期間，地松鼠大腦中和飲水相關的神經通路發生了變化，其中變化最明顯的正是SFO和OVLT。在間歇性喚醒時，這些區域的口渴神經元會響應激素的變化，但神經元整體活性很低，且由於對GABA（一種抑制性神經遞質）的敏感性增強，相應的神經活動受到明顯抑制。
也就是說，這些神經元雖然不斷受到訊號刺激，但幾乎無法將訊號傳遞給下丘腦。這就像地松鼠的身體一直在敲一扇門，喊著“我快渴死了，救救我”，但這扇門似乎一直都沒有有任何響應。
不過，這扇門對血管緊張素II和醛固酮的反應會有一些差異。格拉喬娃和同事發現，間歇性喚醒期的地松鼠並不會喝純水，但會對0.5 M NaCl溶液有強烈食慾。看來醛固酮的訊號起效了，但是血管緊張素II仍然被“拒之門外”。
飢餓只是一種感覺
近期，格拉喬娃和同事將這些發現發表在了《科學》雜誌上。在論文的關鍵處，他們總結道：研究揭示了在演化上保守的腦區有一些關鍵的能力，它們控制哺乳動物的體液平衡，讓它們能在沒有水的情況下長期生存。
而在另一項於去年7月發表於《自然·通訊》（Nature Communications）的研究中，該團隊發現下丘腦也是有這樣關鍵能力的腦區，它能阻止地松鼠在冬眠期間進食。在下丘腦的一個重要核團——弓狀核中，存在促進食慾的神經元。研究人員發現，地松鼠冬眠時甲狀腺激素會降低，這種激素會讓弓狀核中的神經元對促進食慾的胃飢餓素和瘦素的敏感性明顯降低。這導致在間歇性喚醒期，地松鼠對飲食的興趣微乎其微。
終於，在漫長的冬眠之後，地松鼠會在初春（3月或4月初）走出洞穴。迎接它們的是拂過大地溫柔的風，萬物復甦的世界，還有充沛的食物和雨水。它不再飢餓，不會口渴。我們曾認為它看到的世界，或者它眼裡的一生中，似乎只有美好的春節和夏季。但現在，我們已知曉它經歷的秋季和冬季其實無比艱難和“黑暗”，是一種真正意義上的向死而生。
參考連結：
https://www.eurekalert.org/news-releases/1065963
https://www.nature.com/articles/s41467-024-49996-2
https://en.wikipedia.org/wiki/Thirteen-lined_ground_squirrel
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22082817/
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp8358
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