Щоосені ведмеді помірних і полярних широт (зокрема бурий і чорний) починають готуватися до сплячки.
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 «анабіоз» в прямому сенсі слова. В буквальному розумінні цього терміна «анабіоз» 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 «промерзання» 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 «шатунами». 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 «супер-анабіознікамі», 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.
«На мою думку, ведмеді кращі анабіознікі в світі», - каже Браян Барнес (Brian Barnes) з Інституту арктичної біології Університету Аляски (Фейрбенкс).
Цей вчений провів три роки, вивчаючи особливості сплячки чорних ведмедів.
«Їх тіло - закрита система. Вони можуть провести всю зиму, використовуючи тільки кисень для дихання - це все, що їм потрібно », - 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 «скріпленню кишечника» 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 «пробка» діаметром від 3,8 до 6,4 сантиметрів.
«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», - 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 «палива» 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 «перебільшено».
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 «малих обертах» 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.
Наївся ведмідь восени
До речі, шатунами досить часто стають саме ті ведмеді, які влітку «погано їли». 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 «закупорювання» 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 «вимкненими». 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 «оживали» 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 «відпочивають» 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.