过完冬脑子丢了五分之一？没关系，它们还能再长回来

鼩鼱是一种小动物，具有未知的“技能”:它的大脑在冬天可以减轻20%的重量，在春天可以部分恢复。研究小组采访了马克斯·普朗克鸟类研究所的博士后研究员哈维尔·拉扎罗，请他谈谈这一现象背后的机制及其对科学研究的意义。

照片:凯罗尔·祖布。照片是被采访者提供的。

大脑就像一台精密的机器，这使得它比其他器官更脆弱。人们可以失去一些脂肪组织，甚至捐献一个肾脏，而不会对他们的健康产生明显的影响，但是如果一块大脑缺失，就会发生一些大的事情。然而，有一种小动物，它的大脑在冬天可以减轻大约20%的重量，在春天又会重新生长。是悍妇。

悍妇的大脑是如何变小的？它们会在冬天变得更笨，在春天变得更聪明吗？马克斯·普朗克鸟类研究所的博士后研究员哈维尔·拉扎罗研究了这一现象。科学研究圈通过电子邮件采访了拉扎罗，请他谈谈这一现象的机制和意义。

丹妮尔现象

鼩鼱生活在地下洞穴里，看起来像老鼠，但它们不属于老鼠生活的啮齿动物，而是属于Soricomorpha目。鼩鼱的寿命约为14个月。这只幼崽出生在初夏，出生后迎来了它的第一个生长高峰。夏天结束时，他们的头骨开始萎缩，大脑萎缩，体重下降，在第二年的二月达到了最低点。第二年春天到来时，鼩鼱将迎来第二个生长高峰期，为繁殖季节做准备，而“瘦下来的”大脑将在冬天部分恢复生长。

其他研究表明，类似的变化也发生在白鼬和雪貂身上。波兰动物学家奥古斯特·德内尔在1949年首次描述了这一现象，后来它被命名为“德内尔现象”。

拉扎罗说:“当我第一次阅读这些文件时，我非常惊讶——如此令人震惊的形态变化并没有引起科学家们的太多关注！”因此，他的第一个项目是捕捉德国一个小镇附近的野生普通鼩鼱，用x光扫描测量大脑大小，并对它们进行芯片标记以进行跟踪测量。当时，他仍在攻读博士学位。

“通过这种方式，我们第一次可以实时监测鼩鼱头骨的季节性变化，证明丹妮尔现象是一种极端的形态可塑性，”拉扎罗说。研究已经证实，所有个体的头骨在冬天会缩小，在春天会长回来。相关论文发表在2017年10月的《当代生物学》杂志上，并被《纽约时报》和其他媒体报道，引起了很多关注。

葬礼仪式

接下来，哈维尔着手研究是什么信号引发了这种大脑变化。在今年2月发表在《科学报告》上的最新研究中，研究小组通过在人工环境中饲养鼩鼱来观察不同环境因素的影响。他们发现，如果保持恒温环境，当冬天来临时，鼩鼱的头骨仍会缓慢而持续地收缩，但在春天不会恢复。

摄影:基督教齐格勒|由受访者提供的图片。

与野生环境不同，实验室里的鼩鼱可以在任何时候吃足够的食物，这表明它们大脑的萎缩不是冬天食物短缺和营养不良的直接结果。温度似乎是一个重要的影响因素，但这一现象也可能受到日照时间、遗传等因素的影响，这些问题目前尚未得到深入研究。“所有这些因素都需要探索。我们正处于这个研究方向的开始，试图理解一个复杂的现象，”拉扎罗说。

缩小大脑可以帮助鼩鼱节省能量，从而减少对食物的需求。大脑被认为是“巨大的能量消耗者”。以人类为例，人脑的重量约占体重的2.5%，而消耗的能量占全身的20%。然而，拉扎罗估计，鼩鼱大脑的重量约占其体重的2.6%，相当于人类的体重。通过缩小大脑，鼩鼱可以有效地减少能量消耗，从而更容易在冬天生存。

即使这种变化可能在一定程度上影响到鼩鼱的认知能力，这也是值得的。“在冬天，鼩鼱大脑的大部分区域会缩小，所以我预计鼩鼱的许多行为和认知功能都会受到影响。事实上，大脑在冬天收缩最大的区域是新皮层，通常被认为与哺乳动物的高级认知功能有关，”拉扎罗说。

对野生动物进行全面的认知评估是非常困难的，但是lazaro的另一项研究证实，鼩鼱的空间认知能力在冬天下降了。他评论道:“太空学习能力的下降可能会降低它们的捕食效率，这将成为冬季食物匮乏时的一个主要不利因素。因此，我们相信大脑萎缩的好处肯定会抵消认知障碍的负面影响。”

悍妇的大脑如何“减肥”？

至于变化的具体机制，拉扎罗说:“这个大问题应该由研究大脑可塑性的科学家来回答。目前，很少有人尝试研究导致大脑大小变化的组织过程或细胞过程。鼩鼱大脑萎缩和恢复的过程似乎不是由神经细胞的再生或死亡引起的。”他们先前的另一项研究发现，在大脑收缩的过程中，新皮质的神经元细胞将收缩约18%，而树突将收缩约4%，但这仍不足以解释大脑的整体变化。拉扎罗推测，白质的体积可能已经改变，这个方向还没有被研究。

“这个现象本身非常有趣，”马克斯·普朗克脑科学研究所的博士后研究员宋坤评论道，他没有参与拉扎罗的研究。“你知道，在老鼠的皮层中，每个神经元都与数千个神经元有突触联系。在这些连接中，神经元细胞体主要是抑制性连接，降低其活性，而树突主要是兴奋性连接。如果神经元的细胞体和树突不同程度地变小，这可能会对神经网络的结构产生很大的影响。”

丹妮尔现象的存在提醒我们不要忽视自然节律对生物体，尤其是实验动物的潜在影响。宋坤说:“我们研究的大多数老鼠都保持恒温。我们不知道他们的大脑是否会有自然的季节性变化。如果是这样，我们不知道在恒温下长大的老鼠大脑会发生什么奇怪的变化。”

许多研究已经开始使用树鼩作为模型动物来研究大脑功能或病毒感染。树鼩和鼩鼱有相似的名字，但是它们在分类学上有很大的不同，所以丹妮尔现象对这部分研究应该没有影响。

树鼩。照片:甜菜夜蛾|*树鼩图片。

然而，如果我们想研究大脑的可塑性，鼩鼱可能是一个很好的观察对象。例如，当一个人有不同的大脑尺寸时，我们可以直接比较从解剖学到认知能力的不同层次的差异。拉扎罗说:“这对于理解大脑大小和形状的功能意义非常有帮助。了解环境变化、大脑结构变化和大脑功能变化之间的关系也有助于理解哺乳动物大脑的进化过程。”