冬眠的動物，為什麼能好幾個月不吃不喝？
― 不夠的不是脂肪
熊在秋天大吃大喝，接著整個冬天不吃不喝地度過好幾個月。人連幾天不喝水都會有生命危險。大家常以為「因為牠們囤了很多脂肪」，但仔細算一算，光靠這點根本說不通。其實人體也有夠用好幾個月的脂肪。差別不在存量多少，而在使用的速度。
秋末時分，熊會進入洞穴。接著好幾個月不吃、不喝、也不排泄。等到春天出洞時，牠依然活得好好的。
人呢？一般認為，人不喝水撐不過幾天，不吃東西撐不過幾週。能不吃不喝撐好幾個月，完全是另一個層次的事。
最常聽到的解釋是「因為牠囤積了很多脂肪」。這個說法對了一半，卻不完整。
因為就連體型普通的成年人，理論上也擁有超過兩個月份的脂肪。既然如此，我們卻無法冬眠。
降低體溫會讓體內的化學反應變慢，消耗量隨之降到原來的幾分之一。同樣的存量，就能撐上好幾倍的時間。
分解脂肪會產生水。而且產生的水量比原本的脂肪還重。所以不喝水也能維持。
人無法冬眠，不是因為脂肪不夠。而是因為沒有降低體溫的機制。接下來依序來看。
冬眠並不是在睡覺
聽到「冬眠」，大家會想到長時間的睡眠。但實際上，它和睡眠是不同的東西。
正在冬眠的小型動物，體溫會降到接近外界氣溫。心臟每分鐘只跳動幾次，呼吸有時甚至幾分鐘才一次。就算碰牠也不會醒來。與其說是睡著，更像是把機器的電源調到最低。
為什麼要降低體溫？因為體內的化學反應速度，會隨溫度而改變。
本站在壓力鍋和焦化反應的文章中，用過「溫度上升10℃，反應速度大約變成2倍」這個經驗法則。冬眠正是把它反過來用。
降低10℃就變成一半，降低20℃是四分之一，降低30℃則是八分之一。同樣的存量，能撐8倍的時間。
其實是同一個經驗法則的正反兩面。
人體也有足夠的脂肪
這裡來做一個意外的計算。體型普通的成年人所擁有的脂肪，能撐幾天呢？
體重60公斤，體脂率兩成的話就是12公斤。脂肪是能量的濃縮體，儲存的能量是同重量糖類的兩倍以上。若靜止不動，理論上能撐超過70天。
當然，實際上撐不了那麼久。身體不會只消耗脂肪，還會削減肌肉中的蛋白質。也需要水分。而且為了維持體溫，必須持續燃燒能量。
即便如此，這個計算結果依然重要。人無法冬眠的原因，並不是「存量不夠」。明明擁有存量，卻無法降低使用速度。
如果能降低體溫，同樣12公斤的脂肪理論上能撐超過一年半。差距達8倍。關鍵不在分子（存量），而在分母（速度）。
水是怎麼來的
比起不吃東西，不喝水更令人不解。人不喝水連幾天都撐不住。
這裡有脂肪的另一個特性。分解脂肪會產生水。而且產生的水量比原本的脂肪還重。
脂肪由碳和氫組成，與氧結合後會變成二氧化碳和水。氫含量越多的分子，產生的水就越多。脂肪正是其中的代表。
沙漠中駱駝的駝峰其實是脂肪的聚集體，據說也是同樣的原因。比起直接儲存水分，用脂肪儲存不僅更輕，還能轉化成水。
前面提到「降低體溫」，但熊的體溫其實不太下降。據說會維持在30幾度。儘管如此，代謝率仍大幅下降。
體型越大，一旦冷卻下來，要重新加熱就越困難。熊被認為是不讓體溫降太多，而是用其他方法來壓低消耗。因此也有人用不同的說法，把牠和「真正的冬眠」區分開來。
而熊還有更不可思議的地方。牠好幾個月完全不排泄。據推測，牠會把體內產生的老廢物分解後重新製成材料。這是人類辦不到的絕技。
此外，雖然好幾個月不動，肌肉和骨骼卻幾乎沒有減少。人如果同樣時間臥床不動，會大幅衰弱。熊為什麼不會衰弱，至今仍在研究中。
在山裡如果發現類似洞穴的地方，請不要探頭查看。據說熊即使在冬眠中，受到刺激仍會醒來。有些時期牠們的睡眠也比較淺。
另外，如果人類打擾了蝙蝠的冬眠，有可能危及牠們的生命。因為光是醒來就會消耗大量能量，導致撐不到春天。請不要進入洞穴、不要照光、不要發出大聲響。
還有，請不要拿自己的身體嘗試本文所說的內容。長期斷食十分危險，可能因電解質失衡等原因危及生命。若對身體狀況有疑慮，請就醫。若在山中遇到野生動物並有人受傷，請撥打119。
可以自己驗證的實驗
- 把同一種水果（香蕉或蘋果）切成兩塊一樣大小
- 一塊放室溫，另一塊放冰箱（兩塊都用保鮮膜包好）
- 每天比較顏色與軟硬度
- 室溫那一塊，變化明顯更快。冰箱裡的那一塊，過了好幾天變化都很緩慢
- 放的是同一種東西、經過同樣的時間。改變的只有溫度，請自行確認這一點
第5點正是這個觀察的重點。冬眠動物體內發生的，正是同一件事。並不是把反應完全停止，只是讓它變慢而已。所以時間一到，就能恢復原狀重新活動。已經腐壞的東西請不要食用，觀察結束後請丟棄處理。
總結
冬眠動物能好幾個月不吃東西，是因為降低了體溫，讓體內反應變慢。降低30℃，消耗量就變成八分之一，同樣的存量能撐8倍的時間。水也能靠脂肪製造。人無法冬眠，不是因為脂肪不夠，而是沒有這套「降低速度」的機制。
關鍵不在於擁有多少存量，
而在於消耗的速度快不快。
想更深入了解 ― 用語、數值與教科書的連結從國中理化到目前仍在研究的話題，皆已明確標示所屬程度
- 國中國中理化課會學到的範圍
- 高中高中「生物基礎」「化學基礎」會學到的範圍
- 高中＋高中「生物」，或教科書中屬於進階、專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（生理學）的內容
- 研究中連大學也不會當作「定論」教授、目前研究者仍在調查的話題
國中用語：與冬眠相關的詞彙
- 代謝：體內發生的化學變化的總稱。這個過程越快，消耗的能量就越多。
- 基礎代謝：即使什麼都不做、靜靜待著也會消耗的能量。維持體溫佔了很大一部分。
- 恆溫動物：能維持體溫恆定的動物。哺乳類和鳥類都屬於此類。冬眠時，牠們會暫時放棄這項原則。
- 代謝水：分解脂肪等物質時產生的水。不喝水也能獲得的水分。
- 週期性覺醒：冬眠期間，偶爾恢復體溫並醒來的現象。目的至今仍不明確。
高中用公式驗證：不夠的是存量，還是速度
來用人的數字驗證「熊是因為囤了很多脂肪」這個說法是否成立。過程只需要除法。
能撐的天數 ＝ 儲存的能量 ÷ 每天消耗的能量
| 體重 | 設為60 kg |
| 體脂率 | 設為20% |
| 1 kg脂肪的能量 | 約9000 kcal |
| 靜止狀態下每天消耗的能量 | 約1500 kcal |
| 擁有的脂肪 | 60 × 0.2 ＝ 12 kg |
| 儲存的能量 | 12 × 9000 ＝ 108000 kcal |
| 能撐的天數 | 108000 ÷ 1500 ＝ 72 天 |
理論上是72天，超過兩個月。「因為脂肪不夠才無法冬眠」這個說法，到這裡已經變得可疑了。
※ 實際上不會只消耗脂肪，蛋白質也會被分解。也需要水分。此數值僅為理論上限的參考值。
這裡把本站多次使用的經驗法則，反過來使用。
溫度降低10℃，反應速度大約變成一半
| 正常體溫 | 37 ℃ |
| 冬眠中的體溫（小型動物） | 設為7 ℃ |
| 溫度差 | 37 − 7 ＝ 30 ℃ |
| 相當於幾個10℃ | 30 ÷ 10 ＝ 3 個 |
| 變慢的倍率 | 2 × 2 × 2 ＝ 8 倍 |
也就是說每天消耗的能量會降為八分之一。
| 每天消耗的能量 | 1500 ÷ 8 ≒ 188 kcal |
| 同樣12 kg能撐的天數 | 108000 ÷ 188 ≒ 574 天 |
72天變成了574天。超過一年半。
存量一克都沒有增加。改變的只有體溫。關鍵不在分子，而在分母。
脂肪是碳與氫組成的鏈狀結構，與氧結合後會變成二氧化碳和水。因為氫含量多，所以會產生大量的水。
| 分解100 g脂肪 | 據說會產生約107 g的水 |
| 是原本重量的幾倍 | 107 ÷ 100 ＝ 1.07 倍 |
燃燒掉的脂肪，反而換來更重的水量。減少的重量比產生的水少，是因為空氣中的氧被加了進來。物質並沒有消失，只是改變了形態，這和生鏽的文章講的是同一件事。
順帶一提，糖類同樣100 g大約產生60 g的水，蛋白質則約40 g。脂肪不論是能量密度，還是產水量，都占優勢。
沙漠中駱駝的駝峰是脂肪，據說正是基於這兩個特性。比起直接攜帶水分，用脂肪攜帶更輕，而且還能轉化成水。
冬眠中的小型動物，並不是一直維持低溫狀態。每隔幾天到幾週，牠們會把體溫恢復到正常，度過幾個小時後再降下來。
這個過程代價非常高。據說冬眠期間消耗的能量，大部分都花在這段醒來的時間裡。
| 整個冬眠期間的消耗中 | 醒來時間所占的比例約為7~8成 |
| 低溫狀態所占的比例 | 10 − 8 ＝ 約2成 |
這裡正是不可思議之處。明明好不容易把消耗降到八分之一，卻把省下來的大半能量，用在「特地醒來」這件事上。
既然還是要醒來，就表示不醒來會有困擾。可能是為了維持免疫功能、為了睡眠（有一種說法認為在低溫狀態下無法真正入睡）、為了清除老廢物。說法很多，但尚未有定論。
「即使捨棄大半的省下能量也非做不可的事」到底是什麼？這個計算，正是為了浮現這個疑問而做的。
高中＋光靠降低體溫還不夠
②的計算，前提是體溫下降後消耗量會自動跟著下降。但實際上還多了一個階段。
已知冬眠動物在體溫下降之前，就會主動先降低代謝。並不是因為溫度下降才變慢，而是先讓代謝變慢，再任由體溫下降，順序是這樣的。
這是很大的差別。單純被冷卻的動物，會為了維持體溫而發抖,反而更消耗能量。冬眠與其說是「變冷」，不如說是「主動停止維持體溫」這種積極的切換。
而且即使處於低溫狀態，身體仍會監控，不讓體溫降到某個溫度以下。一旦降得太多，就會自動產熱回升。也就是說，只是把設定值調低，調節功能本身依然在運作。
大學單純冷卻並不能解決問題
降低體溫也會帶來麻煩。低溫下，細胞膜會變硬，酵素的作用方式也會改變。由於並非所有反應都以相同比例變慢，原本互相平衡的各個過程，速度就會產生落差。
特別容易出問題的是心臟。大多數哺乳類體溫下降後，心臟會出現不規則跳動，最終停止。據認為，冬眠動物擁有讓心臟在低溫下仍能正常運作的機制。
恢復體溫時也不簡單。要在幾個小時內把冷卻的身體恢復到正常體溫，需要大量的熱。冬眠動物擁有專門為此準備的組織（專門用於產熱的脂肪）。據說人類的嬰兒也有同樣的組織，成年後會大幅減少。
也就是說，冬眠並非單一機制，而是耐低溫、低溫下仍能運作、快速恢復這幾種機制的組合。人類不具備這些條件，正是「無法冬眠」的實質內容。
研究中目前最受關注的問題
- 為什麼要特地醒來？如④所述，省下來的能量大半用在這裡。免疫、睡眠、清除老廢物等說法很多，但尚未有明確的答案。最耗成本的行為，理由卻不清楚，就是目前的狀況。
- 熊為什麼不會衰弱？好幾個月不動、不吃、也不排泄，肌肉和骨骼卻幾乎沒有減少。這被認為或許能成為預防臥床或無重力狀態下肌肉、骨骼流失的線索而受到關注。雖然已經有候選物質被提出，但解謎仍在進行中。
- 能不能用人工方式讓人類進入類似狀態？2020年曾有報告指出，刺激小鼠腦中特定的神經細胞，可以誘發類似冬眠的低體溫、低代謝狀態。連原本不會冬眠的小鼠也出現了這種反應，這一點備受關注。不過能否在人類身上做到同樣的事，完全是另一個問題。
- 醫療應用備受期待。心臟停止或重度外傷後，透過降低體溫來保護器官的治療已經在實行。如果能更深、更安全地降低代謝，可望擴大能夠救治的範圍，但要實現還有很長的路。
冬眠是身邊動物平常就在做的事。即便如此，「為什麼要醒來」這個基本問題，至今仍沒有答案。常見的現象，和已經完全了解的現象，終究是兩件事。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・生物的身體與體溫 | 恆溫動物、代謝的概念 |
| 高中 | 生物基礎・代謝與能量 | 脂肪的能量與能撐天數的計算 |
| 高中 | 化學基礎・反應速率與溫度 | 10℃變一半、30℃變八分之一 |
| 高中＋ | 生物・體溫調節與恆定性 | 先降低代謝、體溫才隨之下降的順序 |
| 大學 | 生理學・比較生理學 | 低溫下的心臟、專門產熱的組織 |
| 研究中 | 冬眠生物學（尚未解決） | 週期性覺醒的原因、肌肉不減少的機制 |
| ― | 安全 | 不打擾冬眠中的動物、不模仿斷食 |
- Takahashi, T. M. et al., A discrete neuronal circuit induces a hibernation-like state in rodents, Nature 583, 2020。
- Carey, H. V., Andrews, M. T. & Martin, S. L., Mammalian hibernation, Physiological Reviews 83, 2003。
- Tøien, Ø. et al., Hibernation in black bears: independence of metabolic suppression from body temperature, Science 331, 2011。
- Geiser, F.，關於冬眠與休眠期間代謝抑制的一系列研究。
- 日本環境省（環境省）及各地方自治體發布的與野生動物保持距離相關資料。
※ 體溫、代謝量、持續天數會因物種與條件而有很大差異。本文的計算僅為理解機制所用的概略估算。
※本文為一般大眾取向的科學解說。請勿自行嘗試長期斷食或降低體溫的行為。健康方面的判斷請諮詢醫療機構。與野生動物的相處方式，請遵循環境省及各地方自治體的指引。文中數值僅為理解機制所用的參考值。