冬季的严寒是寒带、温带动物需要面临的一个巨大挑战。这时温度降低,食物匮乏,此诚危急存亡之冬也。动物一般会采用两种应对严寒的方式,一种是秉着“打不过我就跑”的态度迁徙到更加温暖的地方,第二种是采取“打不起我还躲不起”的策略存储脂肪或者食物,冬眠过冬。但那些体型太小无法长距离迁徙,还不冬眠的动物该怎么办呢?我们今天的主角普通鼩鼱(Sorex araneus)就是这样一种既不冬眠,也不迁徙的物种。
普通鼩鼱广泛分布于亚欧大陆湿润森林中,是世界上最小的哺乳动物之一,体重只有5~12克,相当于1~2枚一元硬币的重量。对于很多人而言,鼩鼱不过是野地里一闪而过,鼻子尖尖,眼睛特别小的“小老鼠”。再有就是小鼩鼱们咬着妈妈或者兄弟姐妹的尾巴,穿成“串”走路的样子,童年阴影回忆《黑猫警长》第一集就出现了这样的场景。
实际上鼩鼱和老鼠的亲缘关系很远,它们属于鼩形目(Soricomorpha),老鼠则属于啮齿目。
普通鼩鼱的寿命很短,大约十五个月,而且一生中只繁殖一次。成年个体在繁殖后的秋季就会死去,幼年个体度过冬季后于第二年性成熟并且参与繁殖,如此周而复始。普通鼩鼱非常活跃,但由于只有Ⅱ型肌肉纤维(白肌),因此只能做爆发性的肌肉运动,耐力很差,活动的范围也比较受限。虽说小体型动物通常有着更快的心率,但普通鼩鼱在小动物里,心率也是惊人的高,每分钟可达800~1200次,大概是人类的十倍。
普通鼩鼱主要通过听觉和嗅觉发现食物,喜欢泥土中的蚯蚓和昆虫。它们是不折不扣的大胃王,每天要进食与自身体重几乎相等的食物。它们每天的运动周期大致分为6个活动高峰,无论昼夜,吃了睡,睡了吃,就像是一台永远在高速运转的发动机,需要不断获取能量。由于它们很少有脂肪储存,2~3小时的饥饿就足以致死。
20世纪50年代,波兰生物学家August Dehnel意外地发现,冬季捕捉到的普通鼩鼱不仅体重减小,脑袋也在变小。绝大多数脊椎动物头骨和大脑的生长都是不可逆的,成年之后脑袋的大小就不会变化。然而,冬季的亚成体普通鼩鼱,相比上一年夏季它们还是幼年的时候,头骨缩小了约20%,而且头骨变得更加扁平。但到了第二年春季,准备繁衍后代的成年个体,头骨似乎又能部分“长回来”。
进一步研究发现,过冬的普通鼩鼱不仅头骨变小了,脊柱也缩短了,大脑和内脏器官也变小了。这种现象后来被称为戴氏现象(Dehnel’s phenomenon)。由于当时的测量方法都是“杀鸡取卵”式的,必须杀死个体后才能得到头骨测量,所以很难区分头骨变小是发生在普通鼩鼱的种群里,还是单个的个体身上。
直到近些年,德国和波兰的研究人员才确认,戴氏现象是发生在个体上的。
研究人员在野外捕捉普通鼩鼱,给不同的个体做标记,然后进行X光检测,测量同一个体的头骨大小。在不同的季节,再重新把标记的个体抓回来测量。这样就能检验同一个个头骨尺寸随时间的变化趋势。结果发现,普通鼩鼱头骨平均减小了15%,有些个体甚至能减小20%。与之对应的是,冬季普通鼩鼱的大脑重量,较之夏季能减少20%~30%;更神奇的是,普通鼩鼱的头骨还会在春季“部分反弹”,重新变大,平均达9%。
它们真的拥有缩骨功,能从“大头儿子”变成“小头爸爸”。
戴氏现象与寒冬的关系,让研究者们猜测,这是普通鼩鼱应对严酷气候环境的方式。冬季的普通鼩鼱只有大约6克重,体重减小需要的食物也会变少。它们可能通过缩小身体和脑袋的方式,来增加生存下去的可能。代谢率理论认为,小型动物相比其体重,表面积更大,需要消耗更多能量维持体温。
普通鼩鼱冬季缩小,会导致它们的体重和体表面积比增大,这是不利的一方面;但体型变小对普通鼩鼱还是总体有利的。而到了春季,它们会恢复体重(包括大脑、头骨以及器官),准备繁殖。
大脑缩小后的普通鼩鼱确实不那么“聪明”了。它们的方向感变差了,在实验室中测试发现,“小头爸爸”在空间学习任务中要花费更多的时间,探索更长的路径。研究人员又对不同季节普通鼩鼱的大脑进行了3D建模,来研究大脑缩小的究竟是什么部位。结果发现,普通鼩鼱的新皮质和海马体都会在冬季缩小,而在春季,负责空间记忆的海马体会恢复到原来大小。这似乎说明空间记忆对于普通鼩鼱的生存更为重要。
普通鼩鼱施展“缩骨功”发生的骨骼可逆变化,跟人类骨质疏松的过程非常相似,但骨骼缩小重建过程的具体生理机制仍然未知。“缩骨功”还受到环境温度的影响。如果保持恒温环境,普通鼩鼱的颅骨仍然会在冬季到来之际缓慢、持续缩小,但是到了春天不会再恢复。生物的身体和行为,会根据环境因素发生改变,在生物学上称为表型可塑性(phenotypic plasticity),这其实并不少见。
冬眠或者短暂性的休眠,在小型哺乳动物(主要是啮齿类)当中很常见,但为什么普通鼩鼱不冬眠呢?也许普通鼩鼱身体太小,外加很高的代谢率,使它们没有办法储存足够支撑冬眠的脂肪。普通鼩鼱属于鼩科(Soricidae)鼩亚科(Soricinae),所有已知有戴氏现象的鼩鼱都是鼩亚科,而且鼩亚科全部不能冬眠。
它们的亲戚麝鼩亚科(Crocidurinae)都未被发现有戴氏现象,还可以进入周期性的短暂休眠,不过持续时间很短,不能算作严格意义上的冬眠。这两大类鼩鼱似乎采取了完全不同的节能策略:鼩亚科是“节能模式”,而麝鼩亚科是“自动关机”。尽管大小差不多,鼩亚科的代谢率要比麝鼩亚科高出约2.4倍。
除鼩鼱外,目前仅在鼬科的少数物种,如伶鼬(Mustela nivalis)和白鼬(M. erminea)中发现了戴氏现象。这些物种有着一些共同点,比如较为严酷的生存环境、高的代谢率、较小的体型、对高质量食物的需求、不能冬眠等。普通鼩鼱一生都在地表的泥土中度过,在倒木下、啮齿动物及鼹鼠留下的洞穴里穿梭挖掘。它们神出鬼没,难以察觉。
虽然鼩鼱默默无闻,但研究它们也许会给人类退行性骨病以及脑组织退化的研究,带来新的启示。下次再见到它们,可别再叫“小老鼠”了呀。