蝙蝠翅膀的生物学可以为寒冷天气的工作、锻炼提供经验

位于美国罗德岛州普罗维登斯[布朗大学]——一项新的研究发现，蝙蝠翅膀上的肌肉在比身体低得多的温度下活动，尤其是在飞行期间。

飞行中的果蝠卡罗来亚。

过去的研究表明，在包括人类在内的大多数其他动物中，参与运动的肌肉会随着运动而变暖。但是蝙蝠翅膀上的小肌肉在飞行过程中特别容易散热，因为它们只被一层薄薄的皮肤覆盖——而且从能量使用的角度来看，加热它们是低效的。

“我们倾向于认为温血动物一直都是温暖的，”布朗大学的博士生安德里亚·鲁梅尔说。他与布朗大学的生物学家莎伦·斯沃茨和理查德·马什共同撰写了这项研究。“但这项研究表明，温血动物的体温变化比我们预想的要大得多。这对包括人类在内的动物的活动方式产生了影响。”

这一发现发表在9月11日周三出版的《生物学快报》(Biology Letters)上，为该研究小组此前的一项研究提供了背景资料。该研究发现，蝙蝠翅膀的肌肉对低温的敏感度远低于典型哺乳动物的肌肉。当肌肉冷却下来时，它们收缩和放松的速度会更慢，所以它们的工作效果并不好。蝙蝠也是如此，但程度要小得多。即使他们的翅膀肌肉在飞行中冷却下来，他们也成功地保持了快速的翅膀拍动和快速协调的肌肉收缩，这是他们在空中飞行所需要的。

“我们知道蝙蝠能够用非常冷的肌肉支持超级高效的运动，”Rummel说。“它们的肌肉是冷的，这一事实表明，可能还有其他小型哺乳动物和小型鸟类也能很好地利用冷肌肉活动——据推测，它们都有一些肌肉适应、行为适应或其他生理适应，帮助它们做到这一点。”

她补充说，了解这些机制中的任何一种，都可以帮助科学家改善人类在寒冷甚至炎热环境下的运动规律。“关于如何最大限度地提高锻炼效果，以及如何在剧烈运动和极端条件下保证人们的安全，我们还有很多不知道的地方，”Rummel说。

马什说，该小组的工作还可以增进对特定职业人群肌肉表现的了解。

他说:“特别是像渔民这样在冷水中作业的工人，以及其他不得不在户外工作的人，手部和前臂的小肌肉都有问题。”“因此，对量化这些方面的研究以及弄清寒冷对肌肉的影响很有兴趣。”

为了进行这项研究，研究小组将温度传感器植入蝙蝠的翅膀。最终，他们发现，肱二头肌和前臂肌肉比核心身体肌肉要冷得多，而且这种温差在蝙蝠开始飞行后立即变得更加明显——尤其是前臂肌肉，在飞行过程中，前臂肌肉比核心肌肉要冷大约12摄氏度。

现在他们已经证实蝙蝠翅膀的肌肉在独特的低温下活动，而且似乎不太容易受到与寒冷有关的性能缺陷的影响，研究人员将致力于探索这些肌肉的内在特性。具体来说，他们将更仔细地研究一种叫做肌球蛋白的蛋白质，这是肌肉的关键组成部分。蝙蝠和人类肌肉中都存在肌球蛋白，但遗传或环境因素可能影响了蝙蝠翅膀中的肌球蛋白，使其对寒冷的敏感性降低。

研究人员还计划使用肌电图来评估蝙蝠飞行时翅膀肌肉的活动模式。

马什说:“应对寒冷的一种可能的机制就是激活更多的肌肉。所以如果你的肌肉变慢了，你可以通过激活更多的肌肉来在一定程度上进行补偿。这是我们希望在蝙蝠身上看到的一种可能的机制。”

这项研究由美国国家科学基金会(CMMI-1426338)、美国空军科学研究办公室(FA9550-12-1-0301)和布什内尔研究与教育基金资助。

这篇新闻报道的作者是特约科学作家克里·本森。