冬季的嚴(yán)寒是寒帶、溫帶動(dòng)物需要面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。這時(shí)溫度降低,食物匱乏,此誠危急存亡之冬也。動(dòng)物一般會(huì)采用兩種應(yīng)對(duì)嚴(yán)寒的方式,一種是秉著“打不過我就跑”的態(tài)度遷徙到更加溫暖的地方,第二種是采取“打不起我還躲不起”的策略存儲(chǔ)脂肪或者食物,冬眠過冬。但那些體型太小無法長距離遷徙,還不冬眠的動(dòng)物該怎么辦呢?我們今天的主角普通鼩[qú]鼱[jīng](Sorex araneus)就是這樣一種既不冬眠,也不遷徙的物種。
日常就是逛吃逛吃 普通鼩鼱廣泛分布于亞歐大陸濕潤森林中,是世界上最小的哺乳動(dòng)物之一,體重只有5~12克,相當(dāng)于1~2枚一元硬幣的重量。對(duì)于很多人而言,鼩鼱不過是野地里一閃而過,鼻子尖尖,眼睛特別小的“小老鼠”。再有就是小鼩鼱們咬著媽媽或者兄弟姐妹的尾巴,穿成“串”走路的樣子,童年陰影回憶《黑貓警長》第一集就出現(xiàn)了這樣的場(chǎng)景。實(shí)際上鼩鼱和老鼠的親緣關(guān)系很遠(yuǎn),它們屬于鼩形目(Soricomorpha),老鼠則屬于嚙齒目。 普遍鼩鼱的壽命很短,大約十五個(gè)月,而且一生中只繁殖一次。成年個(gè)體在繁殖后的秋季就會(huì)死去,幼年個(gè)體度過冬季后于第二年性成熟并且參與繁殖,如此周而復(fù)始。 普通鼩鼱非常活躍,但由于只有Ⅱ型肌肉纖維(白肌),因此只能做爆發(fā)性的肌肉運(yùn)動(dòng),耐力很差,活動(dòng)的范圍也比較受限。雖說小體型動(dòng)物通常有著更快的心率,但普通鼩鼱在小動(dòng)物里,心率也是驚人的高,每分鐘可達(dá)800~1200次,大概是人類的十倍。 普通鼩鼱主要通過聽覺和嗅覺發(fā)現(xiàn)食物,喜歡泥土中的蚯蚓和昆蟲。它們是不折不扣的大胃王,每天要進(jìn)食與自身體重幾乎相等的食物。它們每天的運(yùn)動(dòng)周期大致分為6個(gè)活動(dòng)高峰,無論晝夜,吃了睡,睡了吃,就像是一臺(tái)永遠(yuǎn)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī),需要不斷獲取能量。由于它們很少有脂肪儲(chǔ)存,2~3小時(shí)的饑餓就足以致死。 于是問題來了,在寒冷的冬季土地凍結(jié),食物難以尋覓的時(shí)候,它們究竟是怎么生存下來的呢? 從“大頭兒子”變成“小頭爸爸” 20世紀(jì)50年代,波蘭生物學(xué)家August Dehnel意外地發(fā)現(xiàn),冬季捕捉到的普通鼩鼱不僅體重減小,腦袋也在變小。 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),過冬的普通鼩鼱不僅頭骨變小了,脊柱也縮短了,大腦和內(nèi)臟器官也變小了。這種現(xiàn)象后來被稱為戴氏現(xiàn)象(Dehnel’s phenomenon)。 由于當(dāng)時(shí)的測(cè)量方法都是“殺雞取卵”式的,必須殺死個(gè)體后才能得到頭骨測(cè)量,所以很難區(qū)分頭骨變小是發(fā)生在普通鼩鼱的種群里,還是單個(gè)的個(gè)體身上。也許只是因?yàn)樾€(gè)子的普通鼩鼱在冬季更容易被抓到,或者頭骨比較大的個(gè)體更容易死掉,導(dǎo)致鼩鼱中的“小頭爸爸”比例增高? 直到近些年,德國和波蘭的研究人員才確認(rèn),戴氏現(xiàn)象是發(fā)生在個(gè)體上的。研究人員在野外捕捉普通鼩鼱,給不同的個(gè)體做標(biāo)記,然后進(jìn)行X光檢測(cè),測(cè)量同一個(gè)體的頭骨大小。在不同的季節(jié),再重新把標(biāo)記的個(gè)體抓回來測(cè)量。這樣就能檢驗(yàn)同一個(gè)體頭骨尺寸隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。 結(jié)果發(fā)現(xiàn),普通鼩鼱頭骨平均減小了15%, 有些個(gè)體甚至能減小20%。與之對(duì)應(yīng)的是,冬季普通鼩鼱的大腦重量,較之夏季能減少20%~30%;更神奇的是,普通鼩鼱的頭骨還會(huì)在春季“部分反彈”,重新變大,平均達(dá)9%。它們真的擁有縮骨功,能從“大頭兒子”變成“小頭爸爸”。 一切皆有代價(jià) 戴氏現(xiàn)象與寒冬的關(guān)系,讓研究者們猜測(cè),這是普通鼩鼱應(yīng)對(duì)嚴(yán)酷氣候環(huán)境的方式。冬季的普通鼩鼱只有大約6克重,體重減小需要的食物也會(huì)變少。它們可能通過縮小身體和腦袋的方式,來增加生存下去的可能。 在鼩鼱里,大人和小孩腦袋不一樣大,可能還真不是“隔壁王叔叔”的原因。 節(jié)省能量的道理我們都懂,可是為什么要縮小大腦呢?大腦是身體最為精密,最重要的神經(jīng)中樞,也是整個(gè)身體中耗能最大的器官。人的大腦占體重2%,卻消耗了20%的能量。所以縮小大腦是調(diào)節(jié)至“節(jié)能模式”的好辦法。不惜舍棄部分大腦,也間接反映出普通鼩鼱面臨的環(huán)境究竟有多么嚴(yán)酷。 這種節(jié)省能量的方法,也不是沒有代價(jià)。大腦縮小后的普通鼩鼱確實(shí)不那么“聰明”了。它們的方向感變差了,在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試發(fā)現(xiàn),“小頭爸爸”在空間學(xué)習(xí)任務(wù)中要花費(fèi)更多的時(shí)間,探索更長的路徑。 研究人員又對(duì)不同季節(jié)普通鼩鼱的大腦進(jìn)行了3D建模,來研究大腦縮小的究竟是什么部位。結(jié)果發(fā)現(xiàn),普通鼩鼱的新皮質(zhì)和海馬體都會(huì)在冬季縮小,而在春季,負(fù)責(zé)空間記憶的海馬體會(huì)恢復(fù)到原來大小。這似乎說明空間記憶對(duì)于普通鼩鼱的生存更為重要。 普通鼩鼱施展“縮骨功”發(fā)生的骨骼可逆變化,跟人類骨質(zhì)疏松的過程非常相似,但骨骼縮小重建過程的具體生理機(jī)制仍然未知。“縮骨功”還受到環(huán)境溫度的影響。如果保持恒溫環(huán)境,普通鼩鼱的顱骨仍然會(huì)在冬季到來之際緩慢、持續(xù)縮小,但是到了春天不會(huì)再恢復(fù)。生物的身體和行為,會(huì)根據(jù)環(huán)境因素發(fā)生改變,在生物學(xué)上稱為表型可塑性(phenotypic plasticity),這其實(shí)并不少見。 “節(jié)能模式”與“自動(dòng)關(guān)機(jī)” 冬眠或者短暫性的休眠,在小型哺乳動(dòng)物(主要是嚙齒類)當(dāng)中很常見,但為什么普通鼩鼱不冬眠呢?也許普通鼩鼱身體太小,外加很高的代謝率,使它們沒有辦法儲(chǔ)存足夠支撐冬眠的脂肪。 普通鼩鼱屬于鼩科(Soricidae)鼩亞科(Soricinae),所有已知有戴氏現(xiàn)象的鼩鼱都是鼩亞科,而且鼩亞科全部不能冬眠。它們的親戚麝鼩亞科(Crocidurinae)都未被發(fā)現(xiàn)有戴氏現(xiàn)象,還可以進(jìn)入周期性的短暫休眠,不過持續(xù)時(shí)間很短,不能算作嚴(yán)格意義上的冬眠。 除鼩鼱外,目前僅在鼬科的少數(shù)物種,如伶鼬(Mustela nivalis)和白鼬(M. erminea)中發(fā)現(xiàn)了戴氏現(xiàn)象。這些物種有著一些共同點(diǎn),比如較為嚴(yán)酷的生存環(huán)境、高的代謝率、較小的體型、對(duì)高質(zhì)量食物的需求、不能冬眠等。 普通鼩鼱一生都在地表的泥土中度過,在倒木下、嚙齒動(dòng)物及鼴鼠留下的洞穴里穿梭挖掘。它們神出鬼沒,難以察覺。雖然鼩鼱默默無聞,但研究它們也許會(huì)給人類退行性骨病以及腦組織退化的研究,帶來新的啟示。下次再見到它們,可別再叫“小老鼠”了呀。 本文是物種日歷第5年第338篇文章,來自物種日歷作者@Javier La?zaro & 某個(gè)某某。 Javier Lázaro先生是Profoundreversible seasonal changes of individual skull size in a mammal一文的第一作者,這篇論文記錄了他們對(duì)鼩鼱“縮頭功”這一奇妙現(xiàn)象的研究,也成為了我們今天看到這篇文章的創(chuàng)作素材。