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到了冬天,湖邊的水生動物該如何度過嚴酷的冬天?

在北方,在半年甚至半年以上的冬季里,冰層覆蓋著水面,其作用就像給水生生態系統扣上了一個蓋子,減少了營養物質、能量和氧氣進入這個系統的數量,池塘因此成為一個相對封閉的世界,這讓池塘內的生命狀態變得愈加複雜。越冬蠑螈在嚴寒冬季為何如此活躍?假如那個地方沒有洞口,陽光和氧氣無法進入,那又會是怎樣的情景?

進入半冬眠狀態

對於變溫動物來說(其體溫與環境溫度基本保持平衡),水溫變化對它們並不十分重要,因為它們不需要維持穩定的體溫,冷水對它們的影響不過是降低了其新陳代謝作用:水溫下降,變溫動物的化學反應速度降低,新陳代謝速度隨之下降,它們的行動也變遲緩了。許多魚類,如藍鰓太陽魚、太陽魚,

就是這種在冬季行動變得非常遲緩的動物,它們對物理刺激仍有一定的反應,但很難做出主動反應。許多生物就是通過這種方式儲存能量和氧氣以度過寒冷的冬季。有時,我們將這種方式稱為「半冬眠狀態」。

加快新陳代謝率

有些水生動物並不通過昏睡來越冬。在冰上捕魚的漁夫知道,某些魚類如湖紅點鮭,

在整個冬季都非常活躍,人在冰下捕到它們時,需要費很大力氣才能將它們拉上來。事實上,許多生物的策略是,通過加快新陳代謝率來應對冬季的寒冷天氣。它們通過增加酶的分泌來做到這一點,因為酶可以促進更多的化學反應。由於冬季里來自其他物種的競爭大大減少,這些保持活躍狀態的生物獲得了許多好處。不利之處是,它們不得不在氧氣供應不足時繼續消耗大量的氧氣。

利用身上的油脂分泌物

對許多恆溫動物比如哺乳動物來說,其體溫並非由環境溫度所決定,它們必須始終維持一個相對較高的恆定的體溫。但是,由於水在熱體中吸熱的速度遠快於在空氣中,因此,當哺乳動物潛入冰下時,水的壓力將其毛髮壓伏在皮膚上,從而擠走皮毛中的空氣,這就大大降低了皮毛的絕緣保暖作用。

冷水顯然對這些哺乳動物構成了潛在的威脅,但它們別無選擇。以麝鼠為例。

在整個冬季,麝鼠都非常忙碌,因為它們一般不儲藏食物,必須在冰下不斷地尋找食物才能滿足自身對能量的需求。它們往往一天要潛入冰下數次。那麼,麝鼠怎麼保暖呢?

為了保暖,麝鼠經常理毛,也就是用身上的油脂分泌物摩擦毛髮,使其作為防水劑降低水與皮膚接觸的程度,從而使濃密的下層絨毛起到一點絕緣保暖作用。

利用反向熱傳導機制

麝鼠和海狸的尾巴不僅是光禿禿的,而且其表面積特別大,在炎熱的夏季,這有助於它們散發多餘的熱量,那麼在冬季會起什麼作用呢?到冬季,它們的尾巴將失去散熱功能,不會成為身體的累贅。當麝鼠進入冷水時,

尾巴上的表面血管就會收縮,迫使血液進入下面的毛細血管內,讓皮膚變冷,從而減少熱量損失。在麝鼠和海狸的尾巴內,毛細血管組成了一個密集的複雜網路,在這個網路中。動脈血向外表流動,將大量熱量輸送到從尾部附近的靜脈血管中返流回來的較冷的血液中。這種反向熱傳導可以防止身體中的熱量流失,同時又不會阻礙氧氣向尾部傳導。

升高體溫

麝鼠和海狸還有另外一種越冬生存策略。

生物學家發現,麝鼠在潛入冷水前,有時會在洞口逗留一會兒,靜靜地坐在那裡,讓體溫升高大約2華氏度。科學家經過計算髮現,這微不足道的2華氏度可以讓麝鼠在冰下多停留9分鐘,而這讓麝鼠獲得了好處,因為麝鼠的最大有氧耐受力只有1分鐘。科學家還發現,麝鼠常常從冰下氣泡中吸收氧,從而大大延長了它在水下停留的時間。同樣,海狸在潛水之前也採用升高體溫的辦法,但其體溫升高幅度有限,只相當於麝鼠的一半左右。不過,由於其個頭較大,還是能得到同樣的效果。當麝鼠和海狸感到快要凍僵時,它們就會立即回到自己的洞穴內,與同伴擁做一團,或者通過消耗其豐富的脂肪來產生熱量。

依靠高質量的皮毛

無論是麝鼠還是海狸,雖然它們的食物藏匿在冰層下,但它們從不缺少食物,而其相互協作的社會行為還能讓它們的皮毛始終保持乾燥。但是,對於水獺來說,就沒那麼幸運了。

水獺在進入水下時,常常要苦覓通道,其日常食物如昆蟲和兩棲類動物等,在冬季里往往難覓蹤影。因此,水獺在冬季里的尋食範圍比平時要大許多。水獺在冬季捕食時常常單打獨鬥,因此它們必須儘可能地利用各種遮蔽物,而不是單靠一個洞穴。水獺體內的脂肪含量適中,主要依靠其高質量皮毛越冬,其皮毛密度是麝鼠的四倍。水獺的下層絨毛呈捲曲狀,能保有更多的空氣。此外,其外層針毛部分中空,具有很好的絕緣作用,而且毛上生有鱗狀物,與附近毛髮相互扣連,可以避免下層絨毛在潛水時被弄濕。水獺的尾巴顯然缺乏有效的反向熱傳導機制,但卻具有極好的絕緣作用。

水獺並非單靠濃密的毛髮度過嚴寒季節。由於缺少尖牙利爪,水獺很少自己開挖居住洞穴和在冰上鑿洞,它們主要利用海狸的洞穴。一些科學家發現,水獺總是不厭其煩地尋找海狸在湖邊挖的棲身居所,或者海狸修築在陡岸上的洞穴——穿過這些洞穴也可以進入水下。水獺有時會故意在海狸築好的攔水堤壩上打開一個缺口以降低水位,這樣它們就更容易進入水下覓取食物了。


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