每年有六到八个月的时间，十三条纹地松鼠不离开它们狭小、地下的巢穴。在北美草原之下，它们在冬眠中度过寒冷的季节，没有任何食物储备或水源。它们在整个期间都不吃不喝。科学家们正逐渐揭开其中的奥秘。
根据 11 月 28 日发表在《科学》杂志上的一项研究，在冬眠地松鼠的特定大脑区域，即使在啮齿动物看起来活跃的间歇期，触发口渴的区域也受到强烈抑制。这项新研究结合了同一实验室之前的发现，为哺乳动物长时间停留在地下的一种极端生存策略提供了清晰的解释。
在大多数情况下，我们认为口渴是生存的关键适应机制。我们（以及所有哺乳动物）需要水来维持循环、细胞功能、废物清除、调节体温等等。当血液中离子浓度达到临界点、血容量过低或肾脏开始承受压力时，激素和其他信号会促使大脑产生口渴感。你喝水，然后平衡恢复。
但对于一只试图在白雪皑皑的冬季中生存的棕毛松鼠来说，离开巢穴寻找水的冲动很容易导致死亡。“这会增加被捕食的风险，”耶鲁大学细胞与分子生理学和神经科学教授、资深研究作者Elena Gracheva说。当然，寒冷本身就是一种威胁。然而，在地面上游荡的饥饿捕食者可能构成最大的风险，它们肯定会捕食任何在猎物稀少、无处可藏的寒冷月份里错误地离开巢穴的地松鼠。“我们不确定，”Gracheva 指出，“但这是我们得出的一个合乎逻辑的解释。”
因此，消除口渴就成为一种反直觉的生存方式，即使松鼠可能非常需要喝水。
Gracheva 和同事此前的研究发现，冬眠的松鼠通过严格节约用水并将离子储存在体内其他部位，使血液中盐等离子的浓度保持稳定，与活跃的松鼠大致相当。催产素和加压素等激素可以促进水分储存并充当抗利尿剂，抑制排尿。尽管松鼠体温很低，但负责产生这些激素的大脑区域在冬眠期间仍然高度活跃。
然而，这种生理机制不足以完全解释它们没有口渴感。其他触发口渴的信号，例如与肾脏压力和低血容量相关的激素，仍然在哺乳动物体内循环，根据所有标准衡量，它们应该非常需要水分。但是，根据新研究，即使在冬眠期间活跃并被提供水时，松鼠也会避开水。
首先，一些解释：冬眠并非睡眠——它完全是另一回事。在数周的时间里，冬眠的地松鼠新陈代谢率显著降低，几乎进入冰冻状态。它们的体温骤降至 2 至 4 摄氏度（35.6 至 39.2 华氏度），它们处于一种称为“蛰伏”的生理僵局状态。在数月的冬眠期间，这些为期 2-3 周的蛰伏期会穿插一到两次为期一两天的苏醒。突然间，松鼠似乎活跃起来，体温恢复正常。但它们仍然不离开巢穴，也不吃不喝。Gracheva 说，这些活跃期被认为部分是因为让冬眠的松鼠能够睡眠、清除废物并维持心血管系统的氧合。
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为了确定松鼠在这些苏醒期间为何不感到口渴或不寻找水源，Gracheva 和她的合作研究人员进行了一系列行为和分子实验。首先，他们在冬眠中期苏醒期间向冬眠的松鼠提供了水或盐水溶液。他们发现松鼠对浓盐溶液感兴趣，但对水不感兴趣。这表明动物感受到了它们缺水状态的一些内部信号，并可能渴望盐来提高血容量而不稀释离子水平。“这和佳得乐的原理一样，”耶鲁大学神经生物学研究员、该研究的主要作者Madeleine Junkins说。如果你严重脱水，你不会想大口喝白开水，因为那样可能会将体内关键离子稀释到危险水平以下。
然而，与人类运动员不同的是，饮用“松鼠佳得乐”的冬眠哺乳动物似乎并不渴望水。“我们知道钠饥渴和口渴发生在不同的大脑区域，所以我们预测，也许口渴的抑制与[某些]大脑区域神经元活动的减少有关，”Junkins 解释道。
为了进一步探讨这个想法，她和同事们更仔细地检查了松鼠的大脑，在对几只松鼠进行的多次测试中，他们查看了蛋白质表达、神经元活动以及分离的神经元对某些触发口渴的激素的反应。他们发现，在培养皿中，大脑中引起口渴的部分的神经元在响应相关激素（但不是其他一些信号）时仍然会发光。神经元的电特性存在差异，但对口渴激素的反应没有。并且在整个大脑的背景下评估，神经元的活动受到抑制。这表明神经元本身在冬眠期间仍然能够对口渴线索做出反应，但大脑内部总是有某些机制在抑制它们的反应。Junkins 认为，抑制性信号可能起作用。
尽管如此，仍有许多问题悬而未决。地松鼠不是被广泛研究的模型生物。因此，它们的基因组和神经元没有得到充分的绘制。研究人员无法进行激活或抑制单个神经元以观察其如何改变行为的测试，而这在小鼠或大鼠等实验对象中是可能的，Gracheva 指出。“我们正在努力，我认为在两到三年内，我们将能够使用类似的工具，”她说——但目前，他们仍然不清楚他们所关注的大脑区域的具体情况。
此外，冬眠在分子和细胞层面仍未被充分理解。已经进行了大量的行为研究，但很少有研究检查冬眠哺乳动物的详细内部功能——尤其是水分管理。“我认为我们是第一个从生理学角度研究[冬眠期间的口渴]的人，”Gracheva 说。她和她的合作研究人员还在研究地松鼠极端冬季生存策略的其他方面——例如动物如何在没有光照和温度提示的情况下知道何时开始冬眠——以及饥饿信号和其他方面。
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她设想，这样做可能会在未来带来一系列有益的发现。
“我们是一个好奇心驱动的实验室，”Gracheva 说。他们不直接从事任何临床应用的研究，理解动物生物学的乐趣本身就足以激励他们。“我深信，每一种动物都很奇妙，都能教会我们一些东西。世界上有如此多的生存方式，有如此多的迷人策略，”Junkins 说。
然而，研究冬眠确实具有广泛的潜在应用，如果我们能找到如何将松鼠的经验应用于人类。Gracheva 指出，这可以改善移植手术或心脏直视手术，这些手术依赖于患者暂时的、诱导的低温。通常，这类手术的时间和可能性都受到限制，因为人类只能在低温状态下安全地停留很短时间。“如果我们能将这个窗口从两小时延长到五小时，就能挽救许多生命，”她解释道。“在医学院，我能感受到真正的医生对我们研究的兴趣。”
Gracheva 建议，这还可能揭示治疗厌食症的药物的细胞或分子靶点——因为他们识别出抑制和激活食欲和口渴的特定通路。它甚至可能帮助我们进入深空。
长途太空旅行，前往火星及更远的地方，由于人类生存所需消耗的物资量而变得复杂。如果我们能更好地控制自己的新陈代谢，并学会消除部分冬眠状态下不适感的秘密，太空飞行就能带我们走得更远。“这是 NASA 的一个热门话题，”她说。从狭小的松鼠洞穴到浩瀚的宇宙，科学正在搭建意想不到的桥梁。
