Запор медведя после спячки
Êàæäóþ îñåíü ìåäâåäè óìåðåííûõ è ïîëÿðíûõ øèðîò (â ÷àñòíîñòè áóðûé è ÷åðíûé) íà÷èíàþò ãîòîâèòüñÿ ê ñïÿ÷êå. Âñþ âåñíó, ëåòî è îñåíü ýòè æèâîòíûå àêòèâíî ïèòàëèñü, íàãóëèâàÿ çàïàñû æèðà íà çèìó. À òåïåðü, êîãäà íàñòóïàþò õîëîäà, îíè èùóò ïîäõîäÿùåå óêðûòèå äëÿ òîãî, ÷òîáû ïåðåçèìîâàòü. Ïîñëå òîãî, êàê óêðûòèå íàéäåíî, ìåäâåäü âïàäàåò â ñïÿ÷êó.
Ñïÿ÷êà ìåäâåäåé â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ äëèòñÿ äî ïîëóãîäà. Âî âðåìÿ ñïÿ÷êè íåêîòîðûå âèäû, íàïðèìåð, ÷åðíûé ìåäâåäü (Ursus americanus), ñíèæàþò ïóëüñ ñ 55 óäàðîâ â ìèíóòó äî ïðèìåðíî 9. Óðîâåíü ìåòàáîëèçìà ñíèæàåòñÿ íà 53%. Åñòåñòâåííî, âñå ýòî âðåìÿ ìåäâåäè íå åäÿò, íå ïüþò è íå ïðîèçâîäÿò îòõîäû æèçíåäåÿòåëüíîñòè. Êàê èì ýòî óäàåòñÿ?
Äëÿ ïîíèìàíèÿ òîãî, ÷òî ïðîèñõîäèò â òåëå ìåäâåäÿ âî âðåìÿ ñïÿ÷êè íåîáõîäèìî ñðàçó óòî÷íèòü, ÷òî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñàìà ñïÿ÷êà. È ïî÷åìó ýòî íå «àíàáèîç» â ïðÿìîì ñìûñëå ñëîâà.  áóêâàëüíîì ïîíèìàíèè ýòîãî òåðìèíà «àíàáèîç» ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîöåññ ïîëíîé íåàêòèâíîñòè æèâîòíîãî.  ýòî âðåìÿ óðîâåíü ìåòàáîëèçìà ñíèæàåòñÿ äî ïîêàçàòåëåé, êîòîðûå äëÿ áîëüøèíñòâà âûñøèõ æèâîòíûõ ÿâëÿþòñÿ íåñîâìåñòèìûìè ñ æèçíüþ.
Íåêîòîðûå âèäû çåìíîâîäíûõ (íåêîòîðûå òðèòîíû è ëÿãóøêè) çàìåðçàþò â ìîðîçû, áåç âðåäà äëÿ ñåáÿ îòòàèâàÿ ïðè íàñòóïëåíèè òåïëîãî ñåçîíà. Áåçáîëåçíåííûì ýòî «ïðîìåðçàíèå» áóêâàëüíî íàñêâîçü äëÿ íèõ ÿâëÿåòñÿ â ñâÿçè ñ âûðàáîòêîé ñïåöèôè÷åñêîãî âåùåñòâà, èìåþùåãî ñâîéñòâà àíòèôðèçà, êîòîðûé ïðåïÿòñòâóåò çàìåðçàíèþ âîäû â èõ îðãàíèçìå.
Ìåäâåäè íå çàìåðçàþò. Òåìïåðàòóðà èõ òåëà âî âðåìÿ ñïÿ÷êè îñòàåòñÿ äîñòàòî÷íî âûñîêîé, ÷òî ïîçâîëÿåò èì î÷íóòüñÿ â ñëó÷àå êàêîé-ëèáî îïàñíîñòè, âûéäÿ èç áåðëîãè. Êñòàòè, ìåäâåäåé, êîòîðûå ïðîñíóëèñü ðàíüøå âðåìåíè, íàçûâàþò «øàòóíàìè». Îíè ïðåäñòàâëÿþò çíà÷èòåëüíóþ îïàñíîñòü äëÿ ÷åëîâåêà, ïîñêîëüêó çèìîé ìåäâåäü íå ìîæåò íàéòè äîñòàòî÷íîå êîëè÷åñòâî ïèùè, è âñåãäà ãîëîäåí, è àãðåññèâåí.
Íåêîòîðûå èññëåäîâàòåëè óòâåðæäàþò, ÷òî ìåäâåäè íå âïàäàþò â àíàáèîç, êàê è ãîâîðèëîñü âûøå. Íî åñòü è ó÷åíûå, êîòîðûå íàçûâàþò ìåäâåäåé «ñóïåð-àíàáèîçíèêàìè», ïîñêîëüêó íå åñòü, íå ïèòü è íå èñïðàæíÿòüñÿ ïî ïîëãîäà, îñòàâàÿñü ïðè ýòîì â ñîñòîÿíèè áûñòðî âûéòè èç ñïÿ÷êè ýòî óíèêàëüíîå ÿâëåíèå â æèâîòíîì ìèðå.
«Ïî ìîåìó ìíåíèþ, ìåäâåäè ëó÷øèå àíàáèîçíèêè â ìèðå», ãîâîðèò Áðàÿí Áàðíåñ (Brian Barnes) èç Èíñòèòóòà àðêòè÷åñêîé áèîëîãèè Óíèâåðñèòåòà Àëÿñêè (Ôýéðáåíêñ). Ýòîò ó÷åíûé ïðîâåë òðè ãîäà, èçó÷àÿ îñîáåííîñòè ñïÿ÷êè ÷åðíûõ ìåäâåäåé.
«Èõ òåëî çàêðûòàÿ ñèñòåìà. Îíè ìîãóò ïðîâåñòè âñþ çèìó, èñïîëüçóÿ òîëüêî êèñëîðîä äëÿ äûõàíèÿ ýòî âñå, ÷òî èì íóæíî», ãîâîðèò Áàðíåñ.
Ïî÷åìó ìåäâåäè íå èñïðàæíÿþòñÿ âî âðåìÿ ñïÿ÷êè? Åñëè êîðîòêî, òî ïîòîìó, ÷òî â èõ îðãàíèçìå â ýòî âðåìÿ îáðàçóåòñÿ ôåêàëüíàÿ ïðîáêà. Ýòî îñîáàÿ ìàññà, êîòîðóþ èññëåäîâàòåëè óæå äàâíî íàõîäèëè â ïèùåâîäàõ ìåäâåäåé, âïàâøèõ â ñïÿ÷êó.
Ðàíåå ñ÷èòàëîñü, ÷òî ìåäâåäè ïåðåä òåì, êàê çàëåçòü â áåðëîãó, ïîåäàþò áîëüøîå êîëè÷åñòâî ðàñòèòåëüíîãî ìàòåðèàëà, øåðñòè äðóãèõ ìåäâåäåé è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ, êîòîðûå íå ïåðåâàðèâàþòñÿ, è êîòîðûå ïîòîì îáðàçóþò ïðîáêó â êèøå÷íèêå æèâîòíîãî. Ó÷åíûå, êîòîðûå ïðèøëè ê òàêîìó âûâîäó, âî ìíîãîì ïîëàãàëèñü íà èíôîðìàöèþ, ïîëó÷åííóþ îò îõîòíèêîâ íà ìåäâåäåé. Òå óòâåðæäàëè, ÷òî ñïîñîá ïèòàíèÿ, î êîòîðîì ãîâîðèëîñü âûøå, ïðèâîäèë ê «ñêðåïëåíèþ êèøå÷íèêà» è æèâîòíîå ïðîñòî íå ìîãëî âî âðåìÿ ñíà ïðîâåñòè àêò äåôåêàöèè.
Íà ñàìîì äåëå, ýòî íå òàê. Ìåäâåäè íè÷åãî îñîáåííîãî íå åäÿò ïåðåä ñïÿ÷êîé. Îíè, êàê âñåÿäíûå æèâîòíûå, ñòàðàþòñÿ ïîòðåáëÿòü ëþáóþ äîñòóïíóþ èì åäó, âêëþ÷àÿ ôðóêòû, îâîùè, îðåõè, ìÿñî, ðûáó, ÿãîäû è ìíîãîå äðóãîå.
À âî âðåìÿ ñïÿ÷êè êèøå÷íèê æèâîòíîãî ïðîäîëæàåò ðàáîòàòü. Íå â ðåæèìå ïðåæíåé àêòèâíîñòè, íî âñå æå îí ðàáîòàåò. Êëåòêè ïðîäîëæàþò äåëèòüñÿ, îñóùåñòâëÿåòñÿ êèøå÷íàÿ ñåêðåöèÿ. Âñå ýòî ôîðìèðóåò íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî ôåêàëèé, êîòîðûå è íàêàïëèâàþòñÿ â êèøå÷íèêå æèâîòíîãî. Ôîðìèðóåòñÿ «ïðîáêà» äèàìåòðîì îò 3,8 äî 6,4 ñàíòèìåòðîâ.
«Ôåêàëüíàÿ ïðîáêà ýòî òå æå îòõîäû æèçíåäåÿòåëüíîñòè, êîòîðûå íàõîäÿòñÿ â êèøå÷íèêå æèâîòíîãî òàê äîëãî, ÷òî ñòåíêè êèøå÷íèêà àáñîðáèðóþò æèäêîñòè èç ýòîé ìàññû, îñòàâëÿÿ åå ñóõîé è òâåðäîé», ãîâîðèòñÿ íà ñàéòå Ñåâåðîàìåðèêàíñêîãî öåíòðà èçó÷åíèÿ ìåäâåäåé. Òàêèì îáðàçîì, îðãàíèçì ìåäâåäÿ íå òåðÿåò òàêóþ íåîáõîäèìóþ åìó âîäó, çàïàñû êîòîðîé â áåðëîãå âîñïîëíèòü ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíî.
Ñïåöèàëèñòû ðàçìåùàëè â áåðëîãàõ ìåäâåäåé êàìåðû, êîòîðûå çàïèñûâàëè âñå ïðîèñõîäÿùåå âî âðåìÿ ñïÿ÷êè. Êàê îêàçàëîñü, âîëîêíà ðàñòåíèé è øåðñòü ÷àñòî ÿâëÿþòñÿ ñîñòàâíîé ÷àñòüþ ïðîáêè ïîòîìó, ÷òî ìåäâåäü äàæå âî âðåìÿ ñïÿ÷êè ìîæåò ïîäáèðàòü ÷òî-òî ñ çåìëè â áåðëîãå, à ìîæåò è ñëèçûâàòü ñâîþ øåðñòü.
Ïîñëå òîãî, êàê ìåäâåäü âûõîäèò èç áåðëîãè, îíè î÷èùàþò êèøå÷íèê, êîòîðûé íà÷èíàåò ôóíêöèîíèðîâàòü íîðìàëüíî. Îáû÷íî äåôåêàöèÿ ïðîèñõîäèò óæå íà ïîðîãå áåðëîãè. Ïîýòîìó íèêàêîé ìèñòèêè èëè çàãàäêè, êàê îá ýòîì ãîâîðÿò íåêîòîðûå îõîòíèêè èëè äàæå ó÷åíûå, â ìåäâåæüåé ïðîáêå íåò. Âñå ýòî ïðîäóêò æèçíåäåÿòåëüíîñòè îðãàíèçìà. Êñòàòè, ìåäâåäü â áåðëîãå âîâñå íå ñîñåò ëàïó. Äåëî â òîì, ÷òî â ÿíâàðå è ôåâðàëå ïðîèñõîäèò ñìåíà êîæíîãî ïîêðîâà íà ïîäóøå÷êàõ ëàï. Ñòàðàÿ êîæà ëîïàåòñÿ, çóäèò, ÷òî ïðè÷èíÿåò ìåäâåäþ èçâåñòíûå íåóäîáñòâà. Äëÿ òîãî, ÷òîáû îáëåã÷èòü çóä, ìåäâåäü îáëèçûâàåò ëàïû.
Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðîÿñíèòü äåòàëè ïðîöåññà ñïÿ÷êè ó ìåäâåäåé, ÿ çàïðîñèë êîììåíòàðèé ó ó÷åíûõ èç Êðèâîðîæñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî ïåäàãîãè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà.
Êàêèì îáðàçîì ìåäâåäè ïîääåðæèâàþò ñâîé îðãàíèçì â ñîñòîÿíèè ñïÿ÷êè?
Êàæäîå æèâîòíîå ñóùåñòâóåò çà ñ÷åò îáìåíà âåùåñòâ è ýíåðãèè, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþòñÿ ïîòðåáëÿåìîé ïèùåé. Åñòåñòâåííî, ÷òî ÷åì àêòèâíåå îáðàç æèçíè è èíòåíñèâíåå ôèçèîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû, òåì áîëüøå «òîïëèâà» â âèäå ïèùè íóæíî ââîäèòü â îðãàíèçì.  îðãàíèçìå æå, ïðåáûâàþùåì â ñîñòîÿíèè ïîêîÿ â âèäå ñïÿ÷êè, èíòåíñèâíîñòü âñåõ îáìåííûõ ïðîöåññîâ ñâåäåíû äî ôèçèîëîãè÷åñêîãî ìèíèìóìà. Òî åñòü, ýíåðãèè çàòðà÷èâàåòñÿ ðîâíî ñòîëüêî, ñêîëüêî åå íåîáõîäèìî äëÿ òîãî, ÷òîáû çâåðü îñòàâàëñÿ æèâûì è ÷òîáû íå ïðîèçîøëè äåãåíåðàòèâíûå ïðîöåññû â òêàíÿõ è îðãàíàõ â ñâÿçè ñ íåõâàòêîé ýíåðãèè.  öåëîì ýòî ñîñòîÿíèå ìîæíî ñðàâíèòü ñ òåì, ÷òî ïðîèñõîäèò âî âðåìÿ îáû÷íîãî ñíà, íî, åñòåñòâåííî, îíî áîëåå «óòðèðîâàííî».
Îñíîâíûì ïîòðåáèòåëåì ýíåðãèè â îðãàíèçìå ÿâëÿþòñÿ ãîëîâíîé ìîçã è ìûøöû (íå ìåíåå 2/3 âñåé ýíåðãèè îðãàíèçìà). Íî ïîñêîëüêó ìûøå÷íàÿ ñèñòåìà âî âðåìÿ ñíà íåàêòèâíà, òî ýíåðãèè åå êëåòêè ïîëó÷àþò ðîâíî ñòîëüêî, ñêîëüêî íåîáõîäèìî äëÿ ïîääåðæàíèÿ èõ ñóùåñòâîâàíèÿ. Ïîýòîìó íà «ìàëûõ îáîðîòàõ» íà÷èíàþò ðàáîòàòü è îñòàëüíûå îðãàíû, òàêæå ïîëó÷àþùèå âåñüìà ìàëî ýíåðãèè. Ïèùåâàðèòåëüíîé ñèñòåìå ïî ñóòè íå÷åãî ïåðåâàðèâàòü (ïîñêîëüêó êèøå÷íèê ïî÷òè ïóñò, êàê áûëî ñêàçàíî âûøå). Îòêóäà æå òîãäà áåðåòñÿ ýòîò ìèíèìàëüíûé îáúåì ýíåðãèè, êîòîðûé âñå æå çâåðþ íåîáõîäèì? Îí èçâëåêàåòñÿ èç çàïàñîâ æèðà è ãëèêîãåíà, íàêîïëåííûõ çà àêòèâíûé ïåðèîä ãîäà. Ðàñõîäóþòñÿ îíè ïîñòåïåííî è îáû÷íî èõ õâàòàåò äî ñàìîé âåñíû.
Êñòàòè, øàòóíàìè äîâîëüíî ÷àñòî ñòàíîâÿòñÿ èìåííî òå ìåäâåäè, êîòîðûå ëåòîì «ïëîõî êóøàëè». Èçâåñòíî íåìàëî óñòíûõ ðàññêàçîâ î òîì, ÷òî øàòóíîâ â ãîëîäíûå ãîäû áîëüøå. Èòàê, çàïàñû æèðà è ãëèêîãåíà îñíîâíîé èñòî÷íèê ýíåðãèè. Åùå îäíèì æèçíåííî âàæíûì âåùåñòâîì ÿâëÿåòñÿ êèñëîðîä. Íî ïîñêîëüêó îðãàíèçì ìàëîàêòèâåí, òî è êèñëîðîäà íóæíî ãîðàçäî ìåíüøå. Òàêèì îáðàçîì, ÷àñòîòà äûõàíèÿ çíà÷èòåëüíî ñíèæàåòñÿ. À åñëè òêàíè îðãàíèçìà ïðè ñïÿ÷êå òðåáóþò âåñüìà ìàëîå êîëè÷åñòâî êèñëîðîäà è ïèòàòåëüíûõ âåùåñòâ, òî è êðîâè, êîòîðàÿ èõ ïåðåíîñèò, ìîæíî äâèãàòüñÿ ãîðàçäî ìåäëåííåå. Ïîýòîìó è ÷àñòîòà ñîêðàùåíèé ñåðäöà çíà÷èòåëüíî óìåíüøàåòñÿ, à ñîîòâåòñòâåííî, ñåðäöå ïîòðåáëÿåò òàêæå ìåíüøå ýíåðãèè. Ñ ýêîíîìèåé âîäû ñâÿçàíî íå òîëüêî «çàêóïîðèâàíèå» êèøå÷íèêà, íî ôàêòè÷åñêàÿ ïðèîñòàíîâêà äåÿòåëüíîñòè ïî÷åê.
Åñòü ëè äðóãèå ïðèìåðû ñïÿ÷êè ñðåäè òåïëîêðîâíûõ æèâîòíûõ?
Òàêîå ïðèñïîñîáëåíèå, êàê ñïÿ÷êà ó ìåäâåäåé ÿâëÿåòñÿ âåñüìà íåîáû÷íûì äëÿ òåïëîêðîâíûõ ÿâëåíèåì, íî âîâñå íå óíèêàëüíûì. Îíà òàêæå åñòü ó åæåé óìåðåííûõ øèðîò, îáèòàòåëåé ñòåïåé Åâðàçèè ñóðêîâ, íåêîòîðûõ ïðåäñòàâèòåëåé ñåìåéñòâà Êóíüèõ (áàðñóê).  îñîáåííî õîëîäíûå è ãîëîäíûå çèìû â ïîäîáíîå ñîñòîÿíèå ìîãóò âïàäàòü áåëêè è åíîòîâèäíûå ñîáàêè, íî íåíàäîëãî, à èõ ïðîöåññû æèçíåäåÿòåëüíîñòè íå çàìåäëÿþòñÿ òàê, êàê ýòî áûâàåò ó ìåäâåäåé. Êðîìå çèìíåé ñïÿ÷êè (ãèáåðíàöèè), áûâàåò òàêæå è ëåòíÿÿ ñïÿ÷êà (ýñòèâàöèÿ).  ïîñëåäíþþ âïàäàþò íåêîòîðûå îáèòàòåëè æàðêèõ ïóñòûíü (íåêîòîðûå íàñåêîìîÿäíûå, ãðûçóíû, ñóì÷àòûå).
Ýòî áûâàåò â íàèáîëåå æàðêèå ïåðèîäû ãîäà, êîãäà äîáû÷à êîðìà è âîäû ñòàíîâÿòñÿ ãîðàçäî áîëåå ýíåðãîçàòðàòíûìè è, ïî ñóòè, íåýôôåêòèâíûìè. Ïîýòîìó æèâîòíîìó ïðîùå âïàñòü â ñïÿ÷êó è ïåðåæäàòü íåáëàãîïðèÿòíûå óñëîâèÿ. Êðîìå ñåçîííîé ñïÿ÷êè áûâàåò òàêæå è ñóòî÷íàÿ. Îíà õàðàêòåðíà äëÿ íåêîòîðûõ ëåòàþùèõ òåïëîêðîâíûõ êîëèáðè è ëåòó÷èõ ìûøåé. Äåëî â òîì, ÷òî è îäíè, è äðóãèå âî âðåìÿ ïîëåòà î÷åíü áûñòðî ìàøóò êðûëüÿìè. Áëàãîäàðÿ ýòîìó èõ ïîëåò ñòàë áîëåå ìàíåâðåííûì, à äîáû÷à êîðìà áîëåå ýôôåêòèâíîé. Íî çà âñå â ïðèðîäå íóæíî ïëàòèòü. Èõ ëåòàòåëüíûå ìûøöû ïîòðåáëÿþò î÷åíü ìíîãî ýíåðãèè, êîòîðîé íå õâàòàåò íà ïîëíûå ñóòêè (íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî è êîëèáðè, è ëåòó÷èå ìûøè çà àêòèâíóþ ôàçó ñóòîê ïîòðåáëÿþò ïèùè ìàññîé áîëåå ïîëîâèíû ñîáñòâåííîé ìàññû).
Êàê âèäèì, ñêîðîñòü îáìåíà âåùåñòâ ó íèõ ïðîñòî êîëîññàëüíà. Ïîýòîìó âî âðåìÿ ñíà (à îòäûõ â âèäå ñíà íåîáõîäèì êàæäîìó æèâîòíîìó ýòî òàêæå íîðìàëüíûé è îáÿçàòåëüíûé ôèçèîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ) èõ æèçíåäåÿòåëüíîñòü ñíèæàåòñÿ äî ïàðàìåòðîâ, ñðàâíèìûõ ñ òåìè, ÷òî íàáëþäàþòñÿ ó ìåäâåäåé.
×åì îòëè÷àåòñÿ ñîñòîÿíèå ñïÿ÷êè ìåäâåäåé îò, íàïðèìåð, àíàáèîçà ëÿãóøåê?
Ó òåïëîêðîâíûõ ôèçèîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû ïðè ñïÿ÷êå íå ìîãóò áûòü ïîëíîñòüþ «âûêëþ÷åííûìè». Íà òî îíè è òåïëîêðîâíûå íåîáõîäèìî ñàìîñòîÿòåëüíî ïðîèçâåäåííîå òåïëî. Äðóãóþ êàðòèíó ìîæíî íàáëþäàòü ó ïîéêèëîòåðìíûõ æèâîòíûõ èõ ïðîöåññû æèçíåäåÿòåëüíîñòè ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ïðèîñòàíàâëèâàþòñÿ. Òî åñòü êëåòêè îðãàíèçìà ïðåáûâàþò ïðàêòè÷åñêè â çàêîíñåðâèðîâàííîì ñîñòîÿíèè äî íàñòóïëåíèÿ ëó÷øèõ âðåìåí êîãäà ïðèãðååò ñîëíöå è äàñò äîñòàòî÷íî òåïëà, ÷òî ðàçîãðåòü òåëî. Ýòî áûâàåò ó âñåõ çåìíîâîäíûõ óìåðåííûõ è áîëåå ñåâåðíûõ øèðîò.
Èçâåñòåí ôàêò, ÷òî îñîáè õâîñòàòîãî çåìíîâîäíîãî ñèáèðñêîãî óãëîçóáà ïîñëå òîãî, êàê áûëè áóêâàëüíî âìåðçøèìè â ëåä íà ïðîòÿæåíèè íåñêîëüêèõ äåñÿòèëåòèé (!) ïîñëå îòòàèâàíèÿ «îæèâàëè» è ÷óâñòâîâàëè ñåáÿ âïîëíå íîðìàëüíî. Òàêæå â àíàáèîç âïàäàþò è çèìóþùèå çìåè è ÿùåðèöû, íî èõ îðãàíèçì íå íàñòîëüêî æèâó÷ (çàìåðçàíèÿ îíè íå ïåðåíåñóò). Äðóãîé ïðèìåð ðûáû, æèâóùèå â ïåðåñûõàþùèõ âîäîåìàõ Àôðèêè, Þæíîé Àìåðèêè è Àâñòðàëèè, è çàêàïûâàþùèåñÿ â èë íà ïåðèîä çàñóõè. Ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â èõ îðãàíèçìå â ýòîò ïåðèîä áëèçêè ê òåì, ÷òî ïðîèñõîäÿò ó çåìíîâîäíûõ ïî÷òè ïîëíàÿ ïðèîñòàíîâêà æèçíåäåÿòåëüíîñòè äî ëó÷øèõ âðåìåí.
×òî êàñàåòñÿ ðåïòèëèé æàðêèõ ñòðàí, òî íóæíî ñêàçàòü, ÷òî, õîòÿ îíè è õîëîäíîêðîâíûå, íî ïåðåæèâàíèå íåáëàãîïðèÿòíûõ óñëîâèé ó íèõ áîëüøå ñõîäíî ñ òàêîâûì ó òåïëîêðîâíûõ çíà÷èòåëüíîå ñíèæåíèå èíòåíñèâíîñòè ôèçèîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, íî íå îñòàíîâêà (ñîëíå÷íîé òåïëîâîé ýíåðãèè âåäü äîñòàòî÷íî). Êðóïíûå ðåïòèëèè (êðîêîäèëû, ïèòîíû è óäàâû) òàêèì îáðàçîì «îòäûõàþò» äî ãîäà, ïåðåâàðèâàÿ ñúåäåííóþ êðóïíóþ äîáû÷ó.
Ìîæíî ëè èñêóññòâåííî ñîçäàòü ðåæèì ñïÿ÷êè äëÿ æèâîòíûõ, êîòîðûå íå âïàäàþò â ñïÿ÷êó?
Íåò. Ýòî áóäåò íåíîðìàëüíîå ñîñòîÿíèå, ïîäîáíîå êîìå.
Êàê ìîã ïîÿâèòüñÿ ïîäîáíûé ìåõàíèçì çèìîâêè ó ìåäâåäåé? Âûðàáàòûâàëñÿ ëè òàêîé ìåõàíèçì â òå÷åíèå ìíîãèõ ñîòåí òûñÿ÷ ëåò èëè ïîÿâèëñÿ ñïîíòàííî?
Âñå ôèçèîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû êîíòðîëèðóþòñÿ ãåíåòè÷åñêè.  õîäå ýâîëþöèè ó îïðåäåëåííîé ãðóïïû îñîáåé ìîãëà âîçíèêíóòü íåêàÿ ôèçèîëîãè÷åñêàÿ îñîáåííîñòü, çàêëþ÷àþùàÿñÿ â îñîáîì ðåæèìå ñíà (ñóòî÷íîãî, íîðìàëüíîãî) â õîëîäíûé ïåðèîä ãîäà, ñîïðîâîæäàþùåìñÿ íåáîëüøèì ñïàä ôèçèîëîãè÷åñêîé àêòèâíîñòè è ïàäåíèåì òåìïåðàòóðû òåëà íà 1-2 ãðàäóñà.
Òàêàÿ îñîáåííîñòü äàëà ýòèì îñîáÿì íåêîå ïðåèìóùåñòâî â ïëàíå áîëåå ýêîíîìíîãî ðàñõîäà ýíåðãèè â óñëîâèÿõ ñ ìåíüøèì êîëè÷åñòâîì êîðìà. Ïðè ýòîì îíà ñòàëà äàâàòü íàñòîëüêî áîëüøîå ïðåèìóùåñòâî â âûæèâàåìîñòè, ÷òî ïîñòåïåííî â ïîïóëÿöèè îñòàëèñü òîëüêî òàêèå ìóòàíòû.  äàëüíåéøåì îòáîð ïî ýòîìó ïðèçíàêó ïðîäîëæèëñÿ ñîí ñòàíîâèëñÿ âñå áîëåå ïðîäîëæèòåëüíûì è ãëóáîêèì, à èíòåíñèâíîñòü ïðîöåññîâ îðãàíèçìà óìåíüøàëàñü âñå áîëüøå. Íàêîíåö æèâîòíûå íàó÷èëèñü îáóñòðàèâàòü áåðëîãè. Êñòàòè, ýòà îñîáåííîñòü ìîãëà äàòü çíà÷èòåëüíîå ïðåèìóùåñòâî åùå è ïîòîìó, ÷òî êàê ðàç âî âðåìÿ ñïÿ÷êè ñàìêà ðîæàåò äåòåíûøåé è îíè â ýòî âðåìÿ íàõîäÿòñÿ â òåïëå è çàùèòå, ñêðûòûå îò ïîñòîðîííèõ ãëàç.  öåëîì ýâîëþöèÿ ÿâëåíèÿ çèìíåé ñïÿ÷êè ïðîäîëæàëàñü (à ìîæåò è ïðîäîëæàåòñÿ) íà ïðîòÿæåíèè êîíå÷íî æå íå ìåíüøå, ÷åì íåñêîëüêèõ ñîòåí òûñÿ÷ ëåò.
Çà ïîìîùü â ïîäãîòîâêå ñòàòüè ðåäàêöèÿ Geektimes áëàãîäàðèò:
Áðîøêî Åâãåíèÿ Îëåãîâè÷à, ê.á.í., ñòàðøèé ïðåïîäàâàòåëü, êàôåäðà çîîëîãèè ÊÃÏÓ (Êðèâîðîæñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ïåäàãîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò)
Åâòóøåíêî Ýäóàðäà Àëåêñååâè÷à, ê.á.í., äîöåíò, êàôåäðà áîòàíèêè è ýêîëîãèè ÊÃÏÓ
https://geektimes.ru/post/281386/
Источник
Каждую осень медведи умеренных и полярных широт (в частности бурый и черный) начинают готовиться к спячке. Всю весну, лето и осень эти животные активно питались, нагуливая запасы жира на зиму. А теперь, когда наступают холода, они ищут подходящее укрытие для того, чтобы перезимовать. После того, как укрытие найдено, медведь впадает в спячку.
Спячка медведей в некоторых случаях длится до полугода. Во время спячки некоторые виды, например, черный медведь (Ursus americanus), снижают пульс с 55 ударов в минуту до примерно 9. Уровень метаболизма снижается на 53%. Естественно, все это время медведи не едят, не пьют и не производят отходы жизнедеятельности. Как им это удается?
Для понимания того, что происходит в теле медведя во время спячки необходимо сразу уточнить, что представляет собой сама спячка. И почему это не «анабиоз» в прямом смысле слова. В буквальном понимании этого термина «анабиоз» представляет собой процесс полной неактивности животного. В это время уровень метаболизма снижается до показателей, которые для большинства высших животных являются несовместимыми с жизнью.
Некоторые виды земноводных (некоторые тритоны и лягушки) замерзают в морозы, без вреда для себя оттаивая при наступлении теплого сезона. Безболезненным это «промерзание» буквально насквозь для них является в связи с выработкой специфического вещества, имеющего свойства антифриза, который препятствует замерзанию воды в их организме.
Медведи не замерзают. Температура их тела во время спячки остается достаточно высокой, что позволяет им очнуться в случае какой-либо опасности, выйдя из берлоги. Кстати, медведей, которые проснулись раньше времени, называют «шатунами». Они представляют значительную опасность для человека, поскольку зимой медведь не может найти достаточное количество пищи, и всегда голоден, и агрессивен.
Некоторые исследователи утверждают, что медведи не впадают в анабиоз, как и говорилось выше. Но есть и ученые, которые называют медведей «супер-анабиозниками», поскольку не есть, не пить и не испражняться по полгода, оставаясь при этом в состоянии быстро выйти из спячки — это уникальное явление в животном мире.
«По моему мнению, медведи лучшие анабиозники в мире», — говорит Браян Барнес (Brian Barnes) из Института арктической биологии Университета Аляски (Фэйрбенкс). Этот ученый провел три года, изучая особенности спячки черных медведей.
«Их тело — закрытая система. Они могут провести всю зиму, используя только кислород для дыхания — это все, что им нужно», — говорит Барнес.
Почему медведи не испражняются во время спячки? Если коротко, то потому, что в их организме в это время образуется фекальная пробка. Это особая масса, которую исследователи уже давно находили в пищеводах медведей, впавших в спячку.
Ранее считалось, что медведи перед тем, как залезть в берлогу, поедают большое количество растительного материала, шерсти других медведей и других материалов, которые не перевариваются, и которые потом образуют пробку в кишечнике животного. Ученые, которые пришли к такому выводу, во многом полагались на информацию, полученную от охотников на медведей. Те утверждали, что способ питания, о котором говорилось выше, приводил к «скреплению кишечника» и животное просто не могло во время сна провести акт дефекации.
На самом деле, это не так. Медведи ничего особенного не едят перед спячкой. Они, как всеядные животные, стараются потреблять любую доступную им еду, включая фрукты, овощи, орехи, мясо, рыбу, ягоды и многое другое.
А во время спячки кишечник животного продолжает работать. Не в режиме прежней активности, но все же он работает. Клетки продолжают делиться, осуществляется кишечная секреция. Все это формирует небольшое количество фекалий, которые и накапливаются в кишечнике животного. Формируется «пробка» диаметром от 3,8 до 6,4 сантиметров.
«Фекальная пробка — это те же отходы жизнедеятельности, которые находятся в кишечнике животного так долго, что стенки кишечника абсорбируют жидкости из этой массы, оставляя ее сухой и твердой», — говорится на сайте Североамериканского центра изучения медведей. Таким образом, организм медведя не теряет такую необходимую ему воду, запасы которой в берлоге восполнить практически невозможно.
Специалисты размещали в берлогах медведей камеры, которые записывали все происходящее во время спячки. Как оказалось, волокна растений и шерсть часто являются составной частью пробки потому, что медведь даже во время спячки может подбирать что-то с земли в берлоге, а может и слизывать свою шерсть.
После того, как медведь выходит из берлоги, они очищают кишечник, который начинает функционировать нормально. Обычно дефекация происходит уже на пороге берлоги. Поэтому никакой мистики или загадки, как об этом говорят некоторые охотники или даже ученые, в медвежьей пробке нет. Все это — продукт жизнедеятельности организма. Кстати, медведь в берлоге вовсе не сосет лапу. Дело в том, что в январе и феврале происходит смена кожного покрова на подушечках лап. Старая кожа лопается, зудит, что причиняет медведю известные неудобства. Для того, чтобы облегчить зуд, медведь облизывает лапы.
Для того, чтобы прояснить детали процесса спячки у медведей, я запросил комментарий у ученых из Криворожского государственного педагогического университета.
Каким образом медведи поддерживают свой организм в состоянии спячки?
Каждое животное существует за счет обмена веществ и энергии, которые обеспечиваются потребляемой пищей. Естественно, что чем активнее образ жизни и интенсивнее физиологические процессы, тем больше «топлива» в виде пищи нужно вводить в организм. В организме же, пребывающем в состоянии покоя в виде спячки, интенсивность всех обменных процессов сведены до физиологического минимума. То есть, энергии затрачивается ровно столько, сколько ее необходимо для того, чтобы зверь оставался живым и чтобы не произошли дегенеративные процессы в тканях и органах в связи с нехваткой энергии. В целом это состояние можно сравнить с тем, что происходит во время обычного сна, но, естественно, оно более «утрированно».
Основным потребителем энергии в организме являются головной мозг и мышцы (не менее 2/3 всей энергии организма). Но поскольку мышечная система во время сна неактивна, то энергии ее клетки получают ровно столько, сколько необходимо для поддержания их существования. Поэтому на «малых оборотах» начинают работать и остальные органы, также получающие весьма мало энергии. Пищеварительной системе по сути нечего переваривать (поскольку кишечник почти пуст, как было сказано выше). Откуда же тогда берется этот минимальный объем энергии, который все же зверю необходим? Он извлекается из запасов жира и гликогена, накопленных за активный период года. Расходуются они постепенно и обычно их хватает до самой весны.
Кстати, шатунами довольно часто становятся именно те медведи, которые летом «плохо кушали». Известно немало устных рассказов о том, что шатунов в голодные годы больше. Итак, запасы жира и гликогена – основной источник энергии. Еще одним жизненно важным веществом является кислород. Но поскольку организм малоактивен, то и кислорода нужно гораздо меньше. Таким образом, частота дыхания значительно снижается. А если ткани организма при спячке требуют весьма малое количество кислорода и питательных веществ, то и крови, которая их переносит, можно двигаться гораздо медленнее. Поэтому и частота сокращений сердца значительно уменьшается, а соответственно, сердце потребляет также меньше энергии. С экономией воды связано не только «закупоривание» кишечника, но фактическая приостановка деятельности почек.
Есть ли другие примеры спячки среди теплокровных животных?
Такое приспособление, как спячка у медведей является весьма необычным для теплокровных явлением, но вовсе не уникальным. Она также есть у ежей умеренных широт, обитателей степей Евразии сурков, некоторых представителей семейства Куньих (барсук). В особенно холодные и голодные зимы в подобное состояние могут впадать белки и енотовидные собаки, но ненадолго, а их процессы жизнедеятельности не замедляются так, как это бывает у медведей. Кроме зимней спячки (гибернации), бывает также и летняя спячка (эстивация). В последнюю впадают некоторые обитатели жарких пустынь (некоторые насекомоядные, грызуны, сумчатые).
Это бывает в наиболее жаркие периоды года, когда добыча корма и воды становятся гораздо более энергозатратными и, по сути, неэффективными. Поэтому животному проще впасть в спячку и переждать неблагоприятные условия. Кроме сезонной спячки бывает также и суточная. Она характерна для некоторых летающих теплокровных – колибри и летучих мышей. Дело в том, что и одни, и другие во время полета очень быстро машут крыльями. Благодаря этому их полет стал более маневренным, а добыча корма более эффективной. Но за все в природе нужно платить. Их летательные мышцы потребляют очень много энергии, которой не хватает на полные сутки (несмотря на то, что и колибри, и летучие мыши за активную фазу суток потребляют пищи массой более половины собственной массы).
Как видим, скорость обмена веществ у них просто колоссальна. Поэтому во время сна (а отдых в виде сна необходим каждому животному – это также нормальный и обязательный физиологический процесс) их жизнедеятельность снижается до параметров, сравнимых с теми, что наблюдаются у медведей.
Чем отличается состояние спячки медведей от, например, анабиоза лягушек?
У теплокровных физиологические процессы при спячке не могут быть полностью «выключенными». На то они и теплокровные – необходимо самостоятельно произведенное тепло. Другую картину можно наблюдать у пойкилотермных животных – их процессы жизнедеятельности практически полностью приостанавливаются. То есть клетки организма пребывают практически в законсервированном состоянии до наступления лучших времен – когда пригреет солнце и даст достаточно тепла, что разогреть тело. Это бывает у всех земноводных умеренных и более северных широт.
Известен факт, что особи хвостатого земноводного сибирского углозуба после того, как были буквально вмерзшими в лед на протяжении нескольких десятилетий (!) после оттаивания «оживали» и чувствовали себя вполне нормально. Также в анабиоз впадают и зимующие змеи и ящерицы, но их организм не настолько живуч (замерзания они не перенесут). Другой пример – рыбы, живущие в пересыхающих водоемах Африки, Южной Америки и Австралии, и закапывающиеся в ил на период засухи. Процессы, происходящие в их организме в этот период близки к тем, что происходят у земноводных – почти полная приостановка жизнедеятельности до лучших времен.
Что касается рептилий жарких стран, то нужно сказать, что, хотя они и холоднокровные, но переживание неблагоприятных условий у них больше сходно с таковым у теплокровных – значительное снижение интенсивности физиологических процессов, но не остановка (солнечной тепловой энергии ведь достаточно). Крупные рептилии (крокодилы, питоны и удавы) таким образом «отдыхают» до года, переваривая съеденную крупную добычу.
Можно ли искусственно создать режим спячки для животных, которые не впадают в спячку?
Нет. Это будет ненормальное состояние, подобное коме.
Как мог появиться подобный механизм зимовки у медведей? Вырабатывался ли такой механизм в течение многих сотен тысяч лет или появился спонтанно?
Все физиологические процессы контролируются генетически. В ходе эволюции у определенной группы особей могла возникнуть некая физиологическая особенность, заключающаяся в особом режиме сна (суточного, нормального) в холодный период года, сопровождающемся небольшим спад физиологической активности и падением температуры тела на 1-2 градуса.
Такая особенность дала этим особям некое преимущество в плане более экономного расхода энергии в условиях с меньшим количеством корма. При этом она стала давать настолько большое преимущество в выживаемости, что постепенно в популяции остались только такие мутанты. В дальнейшем отбор по этому признаку продолжился – сон становился все более продолжительным и глубоким, а интенсивность процессов организма уменьшалась все больше. Наконец животные научились обустраивать берлоги. Кстати, эта особенность могла дать значительное преимущество еще и потому, что как раз во время спячки самка рожает детенышей и они в это время находятся в тепле и защите, скрытые от посторонних глаз. В целом эволюция явления зимней спячки продолжалась (а может и продолжается) на протяжении конечно же не меньше, чем нескольких сотен тысяч лет.
За помощь в подготовке статьи редакция Geektimes благодарит:
Брошко Евгения Олеговича, к.б.н., старший преподаватель, кафедра зоологии КГПУ (Криворожский государственный педагогический университет)
Евтушенко Эдуарда Алексеевича, к.б.н., доцент, кафедра ботаники и экологии КГПУ
Источник
