2 года назад
Нету коментариев

Как у тех животных, о которых мы расска­зывали до сих пор, так и у млекопитающих зимняя спяч­ка — это биологическое приспособление для переживания неблагоприятного сезона года. Несмотря на то, что жи­вотные с постоянной температурой тела обычно перено­сят условия холодного климата, недостаток подходящей пищи зимой стал причиной приобретения и постепенного закрепления в процессе эволюции некоторыми из них этого своеобразного инстинкта — проведения неблаго­приятного зимнего сезона в неактивном состоянии зим­ней спячки.

По степени оцепенения многие ученые различают три типа зимней спячки:

1) легкий (факультативный), выражающийся в лег­ком оцепенении, которое легко прекращается (еноты, барсуки, медведи, енотовидные собаки);

2) периодически прекращающаяся зимняя спячка, ха­рактеризующаяся полным оцепенением, сопровождаю­щимся пробуждением только в более теплые зимние дни (хомяки, бурундуки, длинноухие ночницы — летучие мыши);

3) настоящая непрекращающаяся зимняя спячка, представляющая собой стабильное, продолжительное оцепенение (суслики, ежи, сурки, тушканчики, сони и большинство видов летучих мышей)7.

Прежде считали, что зимняя спячка и оцепенение воз­никают в результате несовершенства терморегуляционной системы млекопитающих в условиях похолодания, что таким способом выражается определенная «примитив­ность» в организации и дефекты механизмов физиологи­ческого контроля. В последнее время тщательные иссле­дования многих ученых из различных стран показали, что зимнюю спячку не следует объяснять недостаточ­ностью терморегуляции, наоборот, это превосходно отре­гулированное физиологическое состояние. Следователь­но, сходство между находящимися в состоянии зимней спячки млекопитающими с постоянной температурой те­ла и животными с непостоянной температурой тела (на­пример, лягушками или ящерицами) лишь кажущееся.

Чтобы зимоспящие млекопитающие впадали в состоя­ние гибернации, необходимы многие внешние и внутрен­ние факторы. Наравне с внешними факторами (темпера­тура, свет, наличие пищи и др.) на наступление зимней спячки оказывает влияние ряд внутренних (терморегу­ляция, эндокринная и нервная деятельность и др.). В природе основными стимулами для впадания в состоя­ние зимней спячки являются понижение температуры и уменьшение продолжительности дня. В процессе эволю­ции эти факторы утвердились в качестве надежного си­гнала, свидетельствующего о приближении неблагопри­ятных зимних дней, лишающих животных пищи. Однако недостаток пищи не всегда служит основной причиной впадания в состояние зимней спячки. В климатических условиях с резко разграниченными зимними и летними периодами зимняя спячка протекает с точностью, харак­терной для природных явлений, но в географических районах с менее резкими различиями между летом и зи­мой она наступает в разное время и зависит преимущест­венно от степени похолодания.

Зимней спячке млекопитающих предшествует опре­деленная физиологическая подготовка организма. Она состоит прежде всего в накоплении запасов жира, главным образом под кожей, в полостях тела, на всей протя­женности кишок, в грудной области (бурая жировая ткань). У некоторых спящих зимой млекопитающих под­кожный жир достигает 25% общей массы тела. Напри­мер, все виды сусликов еще в начале осени толстеют и усиленно синтезируют углеводы, увеличивая вес своего тела втрое по сравнению с весенне-летним весом. У сур­ка (Marmota bobac) вес подкожного и внутреннего жира в июне составляет 10—15 г, в июле —250—300 г, а в конце августа — 750—800 г. Барсук (Meles meles) накап­ливает до нескольких килограммов жира. Большие за­пасы подкожного жира накапливают и представители семейства сонь (Myoxidae) — садовые, лесные, мышевид­ные и орешниковые. Особенно заметно толстеет соня-пол­чок (Glis glis). В Древнем Риме сонь ловили сразу же после того, как они впадали в зимнюю спячку, когда они наиболее жирные. Запеченные, они представляли собой желанный деликатес для трапезы знатных римских пат­рициев.

Перед зимней спячкой значительно толстеют и ежи, и бурые медведи, а также и все летучие мыши.

Другие млекопитающие, например хомяки (Cricetus cricetus и Mesocricetus auratus) и бурундуки (Tamias sibiricus), не накапливают больших запасов жира, а де­лают запасы пищи в своем убежище, чтобы пользовать­ся ими в периоды своего краткого пробуждения зимой.

Во время зимней спячки все виды млекопитающих лежат неподвижно в своих норах, свернувшись в клубок. Так лучше всего сохранить тепло и ограничить теплооб­мен с окружающей средой. Зимние квартиры многих мле­копитающих — это естественные пустоты стеблей и дуп­ла деревьев.

Мышевидная соня зимует в выкопанной ею норке в земле, а лесная соня — не только в дуплах, но и в тре­щинах скал. Другие зимоспящие животные, например летучие мыши, проводят период гибернации чаще всего в пещерах, на необитаемых чердаках и в помещениях; они засыпают многочисленными колониями, повиснув головой вниз. Третьи, например суслики, сурки и другие, предварительно выкапывают в земле норы, где и прово­дят период зимней спячки. Бурундук тоже выкапывает норы из двух камер (одна из них служит складом, а другая — жильем). Сурок выкапывает норы с пятью-шестью выходами, которые перед зимней спячкой заде­лывает изнутри землей.

Из насекомоядных млекопитающих еж, готовясь к зимней спячке, собирает в укромном месте мох, листья, сено и устраивает себе гнездо. Но «поселяется» в своем новом доме лишь тогда, когда температура долгое время удерживается ниже 10°С. Перед этим он обильно пита­ется, чтобы накопить энергию в виде жира. Еж — один из немногих животных, которые месяцами не прерывают свою зимнюю спячку, если их спокойствие не будет на­рушено сильными внешними раздражителями.

Среди грызунов, распространенных в наших геогра­фических широтах, существует несколько видов, впадаю­щих в зимнюю спячку,— обыкновенный хомяк, суслик, соня-полчок (Glis glis), садовая соня (Elomys quercinus), орешниковая соня (Muscardinus avellanarius) и мыше­видная соня (Myomimus personatus). Эти 4 вида сонь не запасаются дополнительной пищей потому, что периоды их спячки длятся очень долго, а расход энергии ничто­жен.

В то время как соня-полчок, садовая и мышевидная сони проводят зимнюю спячку в одиночестве в своем зимнем убежище, в гнезде орешниковой сони иногда мож­но обнаружить несколько впавших в состояние гибернации экземпляров.

Обыкновенный хомяк (Cricetus cricetus) принадлежит к числу животных, которые часто пробуждаются и по­тому нуждаются в большом количестве энергии. Накоп­ленного осенью жира, иногда достигающего 40% их веса, оказывается недостаточно. Вот почему хомяк вынужден запасаться продуктами питания, количество которых до­стигает 5—10 кг. Всякий раз, когда он просыпается, он уничтожает часть из этих запасов и таким образом под­держивает свои энергетические резервы. Хомяк живет в норе, выкопанной в земле. Каждую осень животное достраивает свое убежище на глубине до 2 м. Собирая листья и стебли растений, он готовит себе теплое гнездо. Прежде чем впасть в зимнюю спячку, он закупоривает землей все выходы из своего убежища. Таким образом он не только изолируется от холода, но и защищается от своих врагов — хорьков и горностаев.

В зимнюю спячку впадает и его родственник — си­рийский золотистый хомяк (Mesocricetus auratus). Вот уже несколько десятилетий его искусственно разводят и используют как лабораторное животное. В лаборатор­ных условиях при постоянной температуре 20—22°С зо­лотистый хомяк почти потерял свою способность впадать в состояние зимней спячки, тогда как в природе он пре­бывает в состоянии гибернации почти всю зиму. Однако наши наблюдения показывают, что в лабораторных ус­ловиях при понижении температуры до 9°С и уменьше­нии светового дня он впадает в зимнюю спячку даже при наличии пищи в клетке.

В результате наших наблюдений над сусликами, пой­манными в природе и содержащимися в виварии, уста­новлено более позднее наступление зимней спячки (к кон­цу ноября) и более раннее пробуждение — еще в сере­дине февраля (в природе суслики находятся в состоянии гибернации от сентября до середины марта). Причиной этого является значительно более высокая температура (12—16°С) в помещениях по сравнению с температурой в природных условиях. Но помещенные в холодильник, где температура 6—9°С, суслики засыпали беспробудно, впадали в полное оцепенение до момента, когда их извле­кали из камеры и переносили в помещение с более высо­кой температурой (даже до конца апреля). Просыпались они сильно истощенными, так как все накопленные энер­гетические запасы были израсходованы. У сусликов, со­держащихся в течение второго и третьего года жизни в лабораторных условиях при постоянной температуре 20— 22°С, мы наблюдали, что некоторые из них не впадали в зимнюю спячку, а остальные впадали, но ее продолжи­тельность была значительно сокращена. Это объясняется изменением условий (постоянная температура и обеспе­ченность пищей), благодаря чему постепенно начинают изменяться и наследственно приобретенные поведенче­ские реакции.

В состояние гибернации впадают почти все виды ле­тучих мышей. Еще в конце лета и начале осени они на­капливают много жиров и гликогена. Зимуют они чаще всего колониями от десятка до сотен и тысяч экземпля­ров. Их зимняя спячка отличается от спячки упомянутых уже видов животных. Летучие мыши не устраивают спе­циальные гнезда, а зимуют в защищенных от холода мес­тах — в пещерах или дуплах, старых штольнях шахт или на чердаках домов. Животные висят на стенах и чердаках головой вниз, плотно прижавшись друг к другу. Бо­ясь отморозить некоторые части тела, например большие уши у некоторых видов, они свертывают их и накрывают крыльями. Другие виды летучих мышей накрывают крыльями все тело, словно пелериной. Воздух между те­лом и летательными перепонками служит своеобразным изолятором и уменьшает потерю тепла. Установлено, что во время зимней спячки летучие мыши часто просыпают­ся, чтобы переменить место своего «жительства», если оно окажется влажным, холодным или расположено на сквозняке. Это доказано с помощью маркировки находя­щихся в состоянии гибернации летучих мышей. Во время зимней спячки летучие мыши не потребляют пищу и жи­вут только за счет накопленных резервов (жиров, дости­гающих 15—20% их массы).

Несмотря на то что в природных условиях некото­рые виды летучих мышей впадают в зимнюю спячку, а другие — нет, установлено, что их реакция на понижение температуры воздуха одинакова. У видов, сохраняющих нормальную температуру тела при похолодании, наблю­даются изменения, типичные для теплокровных живот­ных. Одновременно с понижением температуры воздуха увеличивается потребление кислорода, что является от­ражением нарастающих потребностей в энергии для под­держания температуры тела. Но для летучих мышей, впадающих в состояние оцепенения, характерна низкая интенсивность обмена веществ. Например, находящиеся в состоянии оцепенения при 15°С летучие мыши потреб­ляют в 40 раз меньше кислорода, чем в активном состоя­нии, и соответствующих запасов жира им может хватить на период времени, в 40 раз больший.

Экономию энергии при переходе в состояние оцепе­нения анализировал в своих исследованиях американ­ский ученый Тейкер в 1965—1966 гг. Потребление кисло­рода в период зимней спячки определяется сравнительно легко, но нужно иметь в виду и количество энергии, не­обходимой для того, чтобы тело согрелось при выходе из этого состояния. Ученый исследовал калифорнийско­го мешетчатого прыгуна (Perognathus californicus) и ус­тановил, что при кратковременном оцепенении расход энергии на то, чтобы согреться, составляет значительную часть общих расходов энергии.

Прыгун весит около 20 г. Для него характерно то, что он легко впадает в состояние оцепенения при температу­ре окружающей среды от 15 до 32°С. Если температура понижается ниже 15°С, нормальное состояние оцепене­ния нарушается, и животное не может выйти из него са­мостоятельно. Другими словами, при охлаждении ниже 15°С прыгун не способен выработать такое количество тепла в своем организме, чтобы началось его согревание. Тейкер установил, что прыгун легко впадает в состояние оцепенения и при ограничении нормы питания. При по­степенном уменьшении количества пищи периоды оцепе­нения у него становятся все более продолжительными. Благодаря этому вес прыгуна не уменьшается даже в том случае, если количество пищи сократить в 3 раза по срав­нению с тем, которое он потребляет в нормальных усло­виях, находясь в активном состоянии. Тейкер направил усилия на то, чтобы установить, с чего начинается про­цесс оцепенения. Имевшиеся у него данные по производ­ству и расходу тепла на всех стадиях оцепенения позво­лили ученому ответить на этот вопрос. Оказалось, что переход к такому состоянию происходит в результате того, что при понижении температуры воздуха ниже кри­тической отметки (около 32,5°С) прекращается терморегуляторное поддержание уровня обмена веществ. При более низкой температуре понижение обмена приводило к понижению температуры тела. Другими словами, не было необходимости в особом механизме, который повы­шал бы расход тепла. Раз температура тела начинала понижаться, замедлялся обмен веществ, и животное впа­дало в состояние оцепенения, при котором выделение тепла в теле, как и температура тела, продолжало пони­жаться. Пробуждение прыгуна происходило при темпе­ратуре выше 15°С, причем потребление кислорода уве­личивалось в 10—15 раз. Пробуждение являлось актив­ным процессом, требовавшим значительного расхода энергии в течение сравнительно длительного периода, пока температура тела не достигала нормального уров­ня. Понижение температуры продолжалось около 2 ч, и общее потребление кислорода за это время составляло 0,7 мл на 1 г веса тела. Для согревания до нормальной температуры тела были необходимы 0,9 ч при потребле­нии кислорода 5,8 мл на 1 г веса тела. Таким образом, при переходе в состояние оцепенения, а затем при непо­средственном выходе из этого состояния потреблялось 6,5 мл кислорода на 1 г веса тела в течение 2,9 ч. В то же время для поддержания нормальной температуры те­ла в течение 2,9 ч при температуре воздуха 15°С прыгун потреблял бы 11,9 мл кислорода на 1 г веса тела. Следо­вательно, благодаря оцепенению этот грызун израсходо­вал 65% той энергии, которая необходима для поддер­жания его нормальной температуры тела за тот же от­резок времени. Тейкер установил, что более длительные периоды оцепенения, например в течение 10 ч, дают еще большую экономию энергии. В конечном итоге он пока­зал, что самый большой расход энергии связан с перио­дом пробуждения. При десятичасовом цикле на этот период приходилось 75% всего расхода энергии.

Зимняя спячка бурых медведей (Ursus arctos) явля­ется факультативной. В природе летом этот медведь накапливает толстый слой подкожного жира и непосред­ственно перед наступлением зимы устраивается в своей берлоге для зимней спячки. Обычно берлога покрывается снегом, так что внутри значительно теплее, чем снару­жи. Во время гибернации накопленные жировые запасы используются организмом медведя и как источник пи­тательных веществ, а также предохраняют животное от замерзания. Температура его тела падает, ритм ударов сердца и дыхания сильно замедляется. Заметно понижа­ется и обмен веществ, в связи с чем уменьшается и рас­ход питательных веществ. Известно, что иногда в теплые зимние дни или в случае опасности медведь просыпается и даже выходит из берлоги, а затем снова засыпает в той же берлоге или в другом месте. Но обычно возвра­щение его к нормальной жизнедеятельности происходит весной, когда становится теплее и температура его тела повышается. Более продолжительное время, обычно до конца апреля, в своих берлогах задерживаются только самки, которые рождают там детенышей.

В природе, если зимы довольно теплые, особенно тог­да, когда бурый медведь не накопит достаточного коли­чества подкожного жира, он может не впасть в зимнюю спячку. В некоторых современных зоопарках, в которых медведей содержат в специальных помещениях с клима­тическим оборудованием, обеспечивающим постоянную температуру 20—25°С, они вообще не засыпают.

Белый медведь (Thalarctos maritimus) по сравнению с остальными своими родственниками живет в наиболее суровых атмосферных условиях. При хорошей упитан­ности он может выдержать холод до —40°С. Доказано, что беременные и не достигшие половой зрелости самки зимой впадают в состояние зимней спячки. Для этой цели они выкапывают в снегу яму и остаются там несколько месяцев, пока родившиеся за это время медвежата не подрастут, достаточно не окрепнут и не наступит теплая погода. Самцы белого медведя не впадают в состояние гибернации.

Группа ученых под руководством доктора Ральфа Нельсона зимой 1977—1978 гг. провела в рочестерской клинике «Майо» в штате Южная Дакота (США) ряд опы­тов по изучению зимней спячки американского черного медведя барибала (Euarctos americanus). Исследовате­ли ставили себе цель: выяснить, каким образом этот вид медведя за время 3—5-месячного сна расходует еже­дневно до 4 тыс. кал, не получая пищи и воды и не уда­ляя отходов из организма. Исследуя при помощи радио­изотопных методов пробы, взятые из крови и тканей, уче­ные пришли к предположению, что эти свойства живот­ного обусловлены особым гормоном, поступающим еще осенью в его организм из гипоталамуса. Процессы обме­на веществ у медведей, находящихся в состоянии гибер­нации, оказались похожими на метаболические процес­сы, протекающие в человеческом организме при полном голодании. Однако было установлено, что организм мед­ведя осуществляет эти процессы значительно более ра­ционально. Голодающий человек расходует для поддер­жания жизни как жировую, так и мышечную ткань. По­сле длительного голодания человек не только худеет, но и теряет силы. Медведи, наоборот, просыпаясь весной, обладают той же сильной мускулатурой, какую имели осенью, и не испытывают чувство голода еще 2 недели. Ученые установили также, что во время зимней спячки обмен белков в 5 раз более интенсивен, чем при актив­ном состоянии животного. Для обеспечения такого обме­на медведи осенью накапливают запасы белков для зимней спячки, питаясь не менее двенадцати часов в сут­ки. Калорийность их дневной нормы необыкновенно ве­лика — достигает 20 тыс. кал. Сильно повышенный бел­ковый обмен во время зимней спячки предполагает и образование многих продуктов отхода. Но в данном слу­чае продукты распада белков появлялись в ничтожных количествах. Почки медведя выделяли всего лишь не­сколько капель мочи, которые через стенки мочевого пу­зыря всасывались обратно в кровь. Наряду с этими от­крытиями еще не установлено, почему в организме мед­ведя не скапливаются ядовитые продукты распада, преж­де всего мочевина, которая при активном состоянии жи­вотного удаляется из его организма с мочой. Независи­мо от того, что в период зимней спячки температура тела у медведей иногда значительно падала, все процессы обмена веществ протекали нормально. Кроме того, уда­лось выяснить, что при температуре воздуха в помеще­нии —8°С на поверхности кожи медведя поддерживалась температура +35°С, в прямой кишке +22°С, в полости рта +35°С (при +38°С в активном состоянии). Однако частота сердечных сокращений и ритм дыхания значи­тельно снижались (см. таблицу).

Интерес к уникальным данным относительно гибернации медведей обусловлен поисками современной меди­цинской науки. Зимняя спячка черного медведя может служить моделью для подбора диеты при хронической почечной недостаточности. В организме животного, впа­дающего в зимнюю спячку, отсутствуют обычные конеч­ные продукты распада белка, а концентрация в крови аминокислот, белка, щелочных солей и т. п. остается не­изменной на протяжении всей зимы. Кроме того, азот в брюшной полости не накапливается. Вот почему если ученым удастся получить в чистом виде вещество (пред­положительно гормон), поступающее в организм из ги­поталамуса медведей, с помощью которого регулируются жизненные процессы во время зимней спячки, то они смогут успешно лечить людей, страдающих заболевани­ем почек. Если замедлить распад белков, то сократится образование мочевины и таким образом можно будет защитить организм больного человека от излишка этого отравляющего вещества. Если удастся выделить этот предполагаемый гормон, появится надежда создать на его основе препараты для лечения ряда болезней (хро­нических заболеваний почек, бессонницы, ожирения и др.).

Раскрытие «тайны» медведей может заинтересовать и специалистов космической медицины с точки зрения будущих сверхдальних космических полетов. Этот инте­рес обусловливается тем фактом, что медведи спят 3—5 месяцев в году, а нечто подобное может быть приме­нено и к космонавтам, что дает возможность экономить запасы продуктов питания, которые нельзя взять в кос­мический корабль в необходимых количествах.

К впадающим в зимнюю спячку млекопитающим от­носится и очень интересная и своеобразная ехидна (Tachyglossus aculeatus). Она относится к подклассу первозвери (Prototheria), семейству ехидновых (Echidnidae). Обитает в Австралии, на островах Новой Гвинеи и на острове Тасмания. Ехидна — сухопутное роющее животное, покрытое волосами и острыми иглами на спи­не, обладает длинным клювом.

Ехидна откладывает 1—2 яйца, которые носит в сво­ей кожной сумке. Там вылупляются детеныши, которых она кормит из находящихся над сумкой молочных желез.

Группа ученых под руководством Шмидта — Нильсена в 1966 г., а также Анджи и Илий в 1968 г. исследовали это интересное животное в активном состоянии и в пери­од зимней спячки. Они установили, что, когда ехидна бодрствует, она поддерживает нормальную температуру тела даже при понижении температуры воздуха ниже 0°С. Но если ехидну оставить при температуре 5°С без пищи, она быстро впадает в состояние зимней спячки. При этом частота сердечных сокращений падает в де­сять раз (см. таблицу), температура тела понижается приблизительно до +5,5°С, а потребление кислорода со­кращается в 10 раз.

В 1971 г. группа американских ученых с целью уста­новить, за какое время зимоспящие животные впадают в спячку, провела телеметрические измерения темпера­туры кожи и внутренней температуры тела, а также и электрокардиографические исследования с помощью вживленной под кожу радиокапсулы. В опыте использо­вали четырех ежей, трех сурков, четырех сонь-полчков и четырех садовых сонь. Животных содержали в лабора­тории при температуре 4—6°С. Ежи, сурки и садовые сони впадали в состояние оцепенения уже за первые 24— 48 ч, тогда как сони-полчки — только через десять суток.

Иногда в более теплые зимы животные, впадающие в зимнюю спячку, просыпаются, чтобы в это время поесть, если они запаслись пищей, и снова засыпают. Так, на­пример, у летучих мышей выявлено много индивидуаль­ных различий в характере зимней спячки. Доказано, что у сусликов периоды пробуждения составляют 7% време­ни их пребывания в состоянии зимней спячки, причем они повторяются в среднем 1 раз каждые 11 суток и длятся по несколько часов. В это время животные рас­ходуют столько резервов из своего организма, сколько за 10 суток зимней спячки. Хомяки тоже просыпаются через каждые несколько дней.