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對動物來說，在寒冷的環境中生存是很難的。當身體感到寒冷時，包括大腦和肌肉在內的器官的運作都會減速。
爬行動物和兩棲動物等動物的體溫主要取決於環境的溫度，但哺乳動物可以加快新陳代謝，使用更多的能量來溫暖自己的身體。這使得它們能夠生活在較冷的地區，並在夜間或冬季氣溫下降時保持活躍。
儘管科學家們知道哺乳動物可以在寒冷的環境中加快新陳代謝，但還不清楚哪些器官或組織會利用這些額外的能量來產生更多的熱量。對於海獺這樣的小型水生哺乳動物來說，保持溫暖尤其具有挑戰性。而瞭解能適應寒冷生活的動物們的能量消耗，或許能為控制人類的新陳代謝提供線索。
海獺的新陳代謝
對於生活在水裡的哺乳動物來說，保持體溫尤其困難，因為水把熱量從身體裡傳匯出去的速度比空氣快得多。因此，大多數海洋哺乳動物體型龐大，並擁有厚厚的一層脂肪或鯨脂用來隔熱。
海獺是海洋哺乳動物中體型最小的，沒有這麼厚的脂肪層。取而代之的是一層濃密的毛髮，其密度是哺乳動物當中最大的，達到每平方英寸100萬根。然而，這種皮毛的保養代價很高，需要經常梳理。海獺的日常活動中，大約有10%的活動量是為了保持它們皮毛中空氣的絕緣層。
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濃密的皮毛本身不足以讓海獺保暖。為了產生足夠的體溫，它們在休息時的代謝率比大多數體型相近的哺乳動物高出約三倍。然而，這種高代謝率也是有代價的。
為了獲得足夠的能量來滿足這種高需求，海獺每天必須吃掉超過自身體重20%的食物。相比之下，人類攝入的食物約佔其體重的2%——一個155磅（70公斤）的人每天攝入的食物約為3磅（1.3公斤）。
熱量從何而來?
當動物進食時，食物中的能量不能被細胞直接利用。實際上，食物會被分解成簡單的營養物質，如脂肪和糖，然後這些營養物質在血液中運輸並被細胞吸收。在細胞內有一種叫做線粒體的“隔間”，營養物質在那裡被轉化為ATP——一種作為細胞能量貨幣的高能分子。
將營養物質轉化為ATP的過程類似於水壩將儲存的水轉化為電力的過程。當水從大壩流出時，它透過與發電機相連的旋轉葉片發電，類似於風力驅動風車葉片。如果大壩漏水，一些水或儲存的能量就會流失，不能用來發電。同樣，有能量洩漏的線粒體從營養物質中產生ATP的效率較低。雖然線粒體中洩漏的能量不能用於工作，但它會產生熱量來溫暖海獺的身體。
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身體的所有組織都要消耗能量併產生熱量，但有些組織比其他組織更大、更活躍。肌肉佔大多數哺乳動物體重的30%。當運動時，肌肉消耗大量能量併產生大量熱量。毫無疑問，你肯定經歷過這種情形，無論是在運動中感到變熱，還是在寒冷時發抖。
為了找出肌肉代謝是否有助於海獺保暖，研究團隊分析了海獺的小肌肉樣本，樣本涵蓋體積大小和年齡不等的小肌肉組織，分別來自新生到成年的海獺。研究團隊把肌肉樣本放在專門監測耗氧量的容器裡，以檢測消耗了多少能量。透過新增不同溶液，刺激或抑制各種代謝過程，實驗確定了線粒體可以使用多少能量來產生ATP，以及有多少能量洩漏用於產生熱量。
研究發現，海獺肌肉中的線粒體可能非常容易洩漏能量，這使得海獺可以在不進行體力活動或顫抖的情況下提高肌肉中的熱量。事實證明，海獺的肌肉擅長“不高效”：在將營養轉化為肌肉做功的過程中，能量以熱量的形式“流失”，這使得海獺能夠在寒冷中生存。
值得注意的是，研究發現新生幼崽的新陳代謝能力與成年海獺相同，儘管它們的肌肉還沒有成熟到可以進行遊泳和潛水的程度。
更廣泛的啟示
我們的研究清楚地表明，肌肉不僅僅對運動很重要。由於肌肉在身體中佔了很大的比例，所以肌肉代謝的一點點增加就能大幅度增加動物的能量消耗。
這對人類健康有重要影響。如果科學家們發現了能夠安全且可逆地增加骨骼肌靜息狀態代謝的方法，醫生們可能會將其作為一種治療手段，如透過增加患者可燃燒的卡路里量，來降低肥胖率的上升。反之，減少骨骼肌代謝也可為癌症或其他消耗性疾病患者儲存能量，並可減少支援宇航員進行長期太空飛行所需的食物和資源。
撰文：Traver Wright, Melinda Sheffield-Moore, Randall Davis。
翻譯：閉詩林
審校：戚譯引
引進來源：the Conversation
本文來自：中國數字科技館
