Щоосені ведмеді помірних і полярних широт (зокрема бурий і чорний) починають готуватися до сплячки. Всю весну, літо і осінь ці тварини активно харчувалися, нагулюючи запаси жиру на зиму. А тепер, коли настають холоди, вони шукають відповідне укриття для того, щоб перезимувати. Після того, як укриття знайдено, ведмідь впадає в сплячку.
Сплячка ведмедів в деяких випадках триває до півроку. Під час сплячки деякі види, наприклад, чорний ведмідь (Ursus americanus), знижують пульс з 55 ударів в хвилину до приблизно 9. Рівень метаболізму знижується на 53%. Природно, все це час ведмеді не їдять, не п'ють і не виробляють відходи життєдіяльності. Як їм це вдається?
Для розуміння того, що відбувається в тілі ведмедя під час сплячки необхідно відразу уточнити, що являє собою сама сплячка. І чому це не #xAB; анабіоз # xBB; в прямому сенсі слова. В буквальному розумінні цього терміна #xAB; анабіоз # xBB; являє собою процес повної неактивності тварини. В цей час рівень метаболізму знижується до показників, які для більшості вищих тварин є несумісними з життям.
Деякі види земноводних (деякі тритони і жаби) замерзають в морози, без шкоди для себе відтаючи при настанні теплого сезону. безболісним це #xAB; промерзання # xBB; буквально наскрізь для них є в зв'язку з виробленням специфічного речовини, що має властивості антифризу, який перешкоджає замерзанню води в їх організмі.
Ведмеді не замерзають. Температура їх тіла під час сплячки залишається досить високою, що дозволяє їм прокинутися в разі будь-якої небезпеки, вийшовши з барлогу. До речі, ведмедів, які прокинулися завчасно, називають #xAB; шатунами # xBB ;. Вони становлять значну небезпеку для людини, оскільки взимку ведмідь не може знайти достатню кількість їжі, і завжди голодний, і агресивний.
Деякі дослідники стверджують, що ведмеді не впадають в анабіоз, як і говорилося вище. Але є і вчені, які називають ведмедів #xAB; супер-анабіознікамі # xBB ;, оскільки не їсти, не пити і не випорожнюватися по півроку, залишаючись при цьому в стані швидко вийти зі сплячки - це унікальне явище в тваринному світі.
#xAB; На мою думку, ведмеді кращі анабіознікі в світі # xBB ;, - каже Браян Барнес (Brian Barnes) з Інституту арктичної біології Університету Аляски (Фейрбенкс). Цей вчений провів три роки, вивчаючи особливості сплячки чорних ведмедів.
#xAB; Їх тіло - закрита система. Вони можуть провести всю зиму, використовуючи тільки кисень для дихання - це все, що їм потрібно # xBB ;, - каже Барнес.
Чому ведмеді не випорожнюються під час сплячки? Якщо коротко, то тому, що в їх організмі в цей час утворюється фекальні пробка. Це особлива маса, яку дослідники вже давно знаходили в стравоходах ведмедів, що впали в сплячку.
Раніше вважалося, що ведмеді перед тим, як залізти в барліг, поїдають велику кількість рослинного матеріалу, вовни інших ведмедів та інших матеріалів, які не перетравлюються, і які потім утворюють пробку в кишечнику тварини. Вчені, які прийшли до такого висновку, багато в чому покладалися на інформацію, отриману від мисливців на ведмедів. Ті стверджували, що спосіб харчування, про який говорилося вище, приводив до #xAB; скріпленню кишечника # xBB; і тварина просто не могло під час сну провести акт дефекації.
Насправді, це не так. Ведмеді нічого особливого не їдять перед сплячкою. Вони, як всеїдні тварини, намагаються споживати будь-яку доступну їм їжу, включаючи фрукти, овочі, горіхи, м'ясо, рибу, ягоди та багато іншого.
А під час сплячки кишечник тваринного продовжує працювати. Чи не в режимі колишньої активності, але все ж він працює. Клітини продовжують ділитися, здійснюється кишкова секреція. Все це формує невелику кількість фекалій, які і накопичуються в кишечнику тварини. формується #xAB; пробка # xBB; діаметром від 3,8 до 6,4 сантиметрів.
#xAB; Фекальна пробка - це ті ж відходи життєдіяльності, які знаходяться в кишечнику тварини так довго, що стінки кишечника абсорбують рідини з цієї маси, залишаючи її сухою і твердою # xBB ;, - йдеться на сайті Північноамериканського центру вивчення ведмедів. Таким чином, організм ведмедя не втрачає таку необхідну йому воду, запаси якої в барлозі заповнити практично неможливо.
Фахівці розміщували в берлогах ведмедів камери, які записували все, що відбувається під час сплячки. Як виявилося, волокна рослин і шерсть часто є складовою частиною пробки тому, що ведмідь навіть під час сплячки може підбирати щось з землі в барлозі, а може і злизувати свою шерсть.
Яким чином ведмеді підтримують свій організм в стані сплячки?
Кожна тварина існує за рахунок обміну речовин і енергії, які забезпечуються споживаної їжею. Природно, що чим активніше спосіб життя і інтенсивніше фізіологічні процеси, тим більше #xAB; палива # xBB; у вигляді їжі потрібно вводити в організм. В організмі ж, що перебуває в стані спокою у вигляді сплячки, інтенсивність всіх обмінних процесів зведені до фізіологічного мінімуму. Тобто, енергії витрачається рівно стільки, скільки її необхідно для того, щоб звір залишався живим і щоб не сталися дегенеративні процеси в тканинах і органах в зв'язку з нестачею енергії. В цілому це стан можна порівняти з тим, що відбувається під час звичайного сну, але, природно, воно більш #xAB; перебільшено # xBB ;.
Основним споживачем енергії в організмі є головний мозок і м'язи (не менше 2/3 всієї енергії організму). Але оскільки м'язова система під час сну неактивна, то енергії її клітини отримують рівно стільки, скільки необхідно для підтримки їх існування. Тому на #xAB; малих обертах # xBB; починають працювати і інші органи, також отримують досить мало енергії. Травній системі по суті нічого переварювати (оскільки кишечник майже порожній, як було сказано вище). Звідки ж тоді береться цей мінімальний обсяг енергії, який все ж звірові необхідний? Він витягується з запасів жиру і глікогену, накопичених за активний період року. Витрачаються вони поступово і зазвичай їх вистачає до самої весни.
До речі, шатунами досить часто стають саме ті ведмеді, які влітку #xAB; погано їли # xBB ;. Відомо чимало усних оповідань про те, що шатунів в голодні роки більше. Отже, запаси жиру і глікогену - основне джерело енергії. Ще одним життєво важливим речовиною є кисень. Але оскільки організм малоактивний, то і кисню потрібно набагато менше. Таким чином, частота дихання значно знижується. А якщо тканини організму при сплячці вимагають дуже мала кількість кисню і поживних речовин, то і крові, яка їх переносить, можна рухатися набагато повільніше. Тому і частота скорочень серця значно зменшується, а відповідно, серце споживає також менше енергії. З економією води пов'язане не тільки #xAB; закупорювання # xBB; кишечника, але фактичне припинення діяльності нирок.
Чи є інші приклади сплячки серед теплокровних тварин?
Таке пристосування, як сплячка у ведмедів є вельми незвичайним для теплокровних явищем, але зовсім не унікальним. Вона також є у їжаків помірних широт, мешканців степів Євразії бабаків, деяких представників сімейства куницевих (борсук). В особливо холодні й голодні зими в подібний стан можуть впадати білки і єнотовидні собаки, але ненадовго, а їх процеси життєдіяльності не сповільнюються так, як це буває у ведмедів. Крім зимової сплячки (глибокого сну), буває також і літня сплячка (естівація). В останню впадають деякі мешканці жарких пустель (деякі комахоїдні, гризуни, сумчасті).
Це буває в найбільш спекотні періоди року, коли видобуток корми та води стають набагато більш енерговитратними і, по суті, неефективними. Тому тварині простіше впасти в сплячку і перечекати несприятливі умови. Крім сезонної сплячки буває також і добова. Вона характерна для деяких літаючих теплокровних - колібрі і кажанів. Справа в тому, що і одні, і інші під час польоту дуже швидко махають крилами. Завдяки цьому їх політ став більш маневреним, а видобуток корми більш ефективною. Але за все в природі потрібно платити. Їх літальні м'язи споживають дуже багато енергії, якої не вистачає на повну добу (не дивлячись на те, що і колібрі, і кажани за активну фазу доби споживають їжі масою більше половини власної маси).
Як бачимо, швидкість обміну речовин у них просто колосальна. Тому під час сну (а відпочинок у вигляді сну необхідний кожній тварині - це також нормальний і обов'язковий фізіологічний процес) їх життєдіяльність знижується до параметрів, які можна порівняти з тими, що спостерігаються у ведмедів.
Чим відрізняється стан сплячки ведмедів від, наприклад, анабіозу жаб?
У теплокровних фізіологічні процеси при сплячці не можуть бути повністю #xAB; вимкненими # xBB ;. На те вони і теплокровні - необхідно самостійно вироблене тепло. Іншу картину можна спостерігати у пойкілотермних тварин - їх процеси життєдіяльності практично повністю припиняються. Тобто клітини організму перебувають практично в законсервованому стані до настання кращих часів - коли пригріє сонце і дасть достатньо тепла, що розігріти тіло. Це буває у всіх земноводних помірних і більш північних широт.
Відомий факт, що особини хвостатого земноводного сибірського углозуба після того, як були буквально вмерзлими в лід протягом декількох десятиліть (!) Після відтавання #xAB; оживали # xBB; і відчували себе цілком нормально. Також в анабіоз впадають і зимуючі змії і ящірки, але їх організм не настільки живучий (замерзання вони не перенесуть). Інший приклад - риби, що живуть в пересихаючих водоймах Африки, Південної Америки та Австралії, і закопуються в мул на період посухи. Процеси, що відбуваються в їх організмі в цей період близькі до тих, що відбуваються у земноводних - майже повне призупинення життєдіяльності до кращих часів.
Що стосується рептилій жарких країн, то потрібно сказати, що, хоча вони і холоднокровні, але переживання несприятливих умов у них більше схоже з таким у теплокровних - значне зниження інтенсивності фізіологічних процесів, але не зупинка (сонячної теплової енергії адже досить). Великі рептилії (крокодили, пітони та удави) таким чином #xAB; відпочивають # xBB; до року, переварюючи з'їдену велику здобич.
Чи можна штучно створити режим сплячки для тварин, які не впадають в сплячку?
Ні. Це буде ненормальний стан, подібне комі.
Як міг з'явитися подібний механізм зимівлі у ведмедів? Вироблявся такий механізм протягом багатьох сотень тисяч років або з'явився спонтанно?
Всі фізіологічні процеси контролюються генетично. В ході еволюції у певної групи особин могла виникнути якась фізіологічна особливість, яка полягає в особливому режимі сну (добового, нормального) в холодний період року, що супроводжується невеликим спад фізіологічної активності і падінням температури тіла на 1-2 градуси.
Така особливість дала цим особинам деяку перевагу в плані більш економного витрати енергії в умовах з меншою кількістю корму. При цьому вона стала давати настільки велика перевага в виживаності, що поступово в популяції залишилися тільки такі мутанти. Надалі відбір за цією ознакою продовжився - сон ставав все більш тривалим і глибоким, а інтенсивність процесів організму зменшувалася все більше. Нарешті тварини навчилися облаштовувати барлогу. До речі, ця особливість могла дати значну перевагу ще й тому, що як раз під час сплячки самка народжує дитинчат і вони в цей час знаходяться в теплі і захисті, приховані від сторонніх очей. В цілому еволюція явища зимової сплячки тривала (а може і триває) протягом звичайно ж не менше, ніж кількох сотень тисяч років.
За допомогу в підготовці статті редакція Geektimes дякує:
Брошко Євгена Олеговича. к.б.н. старший викладач, кафедра зоології КДПУ (Криворізький державний педагогічний університет)
Євтушенко Едуарда Олексійовича. к.б.н. доцент, кафедра ботаніки та екології КДПУ
