Температура тела медведя: » Страница не найдена

Отморозки

Этой зимой в центральных и северо-западных областях России уже видели медведей, ежей, лягушек и даже гадюк. Все эти животные в такое время года должны находиться в спячке. Что будет с теми, кто проснулся, и насколько предварительный выход из спячки — редкое явление?

Нынешняя зима в Европейской части России выдалась аномально теплой. Это сказалось не только на настроении проживающих там людей, но и на состоянии других животных.

Долгие периоды с плюсовой температурой, по крайней мере днем, а то и ночью, а также отсутствие снега привели к тому, что в январе люди стали замечать на поверхности земли тех, кого в это время года обычно не видно.

В Тимирязевском парке в Москве обнаружили гуляющую по снегу травяную лягушку (хотя и подписали ее жабой), а в Лихославле Тверской области даже нашли гадюку. На фоне этих холоднокровных еж, которого видели в Одинцово, и медведь на трассе вблизи Тихвина вовсе не кажутся экзотикой.

Все эти животные зимой переживают период покоя, в просторечии обобщающе называемый спячкой. А еще со времен чтения книг по природоведению и рассказов про русский лес мы помним, главным образом на примере бурого медведя, что несвоевременное прерывание спячки не сулит ничего хорошего ни для зверя, ни для того, кто с ним повстречается.

Что грозит тем, кто в этом году слишком рано проснулся (а может, и не засыпал)? Умрут ли они? Насколько часто вообще те, кто должен «отдыхать» в холодное время года, зимой бывают активны?

Терминология

Прежде всего надо определиться с понятиями — и тогда мы увидим, что зимний покой у разных видов неодинаков. «Настоящую» спячку еще называют гибернацией, и она предполагает, что температура тела теплокровного животного сильно снижается, а кроме того, существенно падает интенсивность обмена веществ.

Четко очерченной границы между зимним сном и гибернацией с точки зрения разницы температур тела нет. Скажем, зимнее состояние бурого медведя в русскоязычной литературе принято называть не спячкой, а зимним сном, потому что температура его организма падает незначительно — на шесть градусов Цельсия, с 37 до 31.

Считается, что от зимнего сна можно в любой момент пробудиться и он ближе по структуре к настоящему сну, чем гибернация. К тому же, он не обязателен для жизни, то есть бурые медведи могут и не уходить на покой на зиму. Впрочем, в англоязычных источниках медвежий сон в берлоге считают гибернацией, пусть и не вполне типичной.

Зимовка гадюк

Н.И. Калабухов. Спячка животных / М., Советская наука, 1946

Рептилии и амфибии в подавляющем большинстве своем не могут поддерживать постоянную температуру тела (то есть они холоднокровные), их зимний покой достигается другими физиологическими механизмами, порой предполагающими еще большее охлаждение организма, вплоть до его вмерзания в лед. Это состояние называется иначе — брумация.

Входят и выходят

Зимний отдых зверей не означает прекращение процессов жизнедеятельности. Процессы идут, пусть и не так быстро, как в остальные времена года. Например, у американских и длиннохвостых сусликов — а спячка сусликов изучена едва ли не лучше, чем у всех остальных животных — зимой растут резцы. Скорость этого процесса, видимо, зависит от температуры тела.

Хотя гибернация — глубокая перестройка работы организма (о ее механизмах мы писали в материале «Вечером мы погрузимся в спячку»), глубина ее нестабильна.

Периоды полного покоя перемежаются кратковременными выходами из спячки раз в несколько недель или даже дней. Во время них животное ест, переходит из одной норы в другую (по свидетельству великого натуралиста Александра Формозова, так делают обыкновенные хомяки) или… спит (в это время наблюдается и медленноволновый сон, и фаза быстрых движений глаз).

Зимовочная нора хомяка

Н. И. Калабухов. Спячка животных / М., Советская наука, 1946

При любом из описанных процессов температура тела животного растет, приближаясь к характерной для активного состояния. Все эти варианты предполагают, что гибернация на самом деле в ряде аспектов представляет собой затратный процесс и от него надо периодически отдыхать, восполняя запасы энергии.

Получается, что некоторых зверей можно застать зимой на поверхности (гибернируют все обычно в укрытиях) во время перерывов в спячке. А тех, для кого характерен менее глубокий вид отдыха, зимний сон (например, бурундуков и енотовидных собак), увидеть сейчас еще проще: если не очень холодно, такие звери и не уходят на покой. Главное — жить в тех местах, где они водятся.

Места в Европейской части России, где встречается хомяк обыкновенный

Портал «Млекопитающие России» rusmam. ru

Места в Европейской части России, где встречается бурундук сибирский

Портал «Млекопитающие России» rusmam.ru

Места в Европейской части России, где встречается енотовидная собака

Портал «Млекопитающие России» rusmam.ru

Случаев пробуждения хомяков в СМИ в этом году пока не отмечено, бурундуков — тоже (хотя это, может быть, потому, что их по нашу сторону Урала водится мало). А вот енотовидные собаки были замечены в Ленинградской области. Вероятно, они так и не ложились спать.

Еще сообщают, что в Калмыкии проснулись суслики (хотя обычно это происходит на месяц позже), но не уточняют, какого именно вида.

Почему они просыпаются?

Судя по имеющимся данным, для сроков спячки значение имеют не только температура окружающей среды, количество корма и длина светового дня, но и работа «внутренних часов». Если в гибернацию, зимний сон и брумацию теоретически можно уйти, ориентируясь на внешние раздражители, то выйти из этих состояний, находясь в укрытии, где никакого солнечного света не видно, а температура субстрата может как подниматься, так и опускаться, без заранее заведенного таймера непросто.

Таким таймером, скорее всего, служит pars tuberalis — область передней доли гипоталамуса, а конкретно те ее клетки, которые вырабатывают бета-субъединицу тиреотропного гормона.

Мелатонин — один из основных регуляторов ежедневного сна и бодрствования — тут не задействован, а вот концентрация упомянутого компонента тиреотропина у обыкновенного хомяка колеблется в зависимости от времени года. Определенное значение может иметь и количество подкожного жира — в особенности у тех, кто не ест во время кратковременных пробуждений.

Многие млекопитающие сразу после выхода из спячки спариваются или рожают. При этом роль половых гормонов в прекращении гибернации пока не вполне понятна: возможно, она сильно варьирует от вида к виду.

У хомяков регуляция гибернации за счет pars tuberalis не зависит от уровня тестостерона. Но если кастрированным самцам золотистого суслика вводить тестостерон в концентрации как у нетронутых самцов в конце гибернации, они не могут вернуться в спячку из периодов временного пробуждения.

Судя по всему, чувствительность их клеток к тестостерону и ряду других гормонов под конец спячки растет. Однако от этого не становится яснее, что причина пробуждения и подготовки к нему, а что следствие.

У рептилий, по крайней мере у самцов гадюк Vipera aspis, в последние два месяца перед спячкой в крови снижается уровень гормона щитовидной железы тироксина. Подниматься он — и, видимо, активность щитовидной железы в целом — начинает в конце брумации. Содержание тестостерона начинает расти сразу после выхода из спячки и поэтому вряд ли служит сигналом к ее прекращению.

Амфибии, а конкретно травяные лягушки, — те самые, которых видели в Москве, — получают энергию во время спячки за счет распада гликогена в печени. Чем севернее живет лягушка, тем больше гликогена она накапливает. Вероятно, истощение его запасов служит одним из сигналов к тому, чтобы выйти из периода покоя.

(a) Изменение температуры тела американского суслика и температуры почвы во время его гибернации. (b) Изменение температуры тела американского суслика во время кратковременного выхода из гибернации. Она резко возвращается к норме, держится на этом уровне несколько часов, а затем примерно в течение суток плавно опускается обратно

Bert B. Boyer, Brian M. Barnes / BioScience, 1999

Получается, что аномально теплая погода не обязательно служит причиной окончания гибернации и брумации. Наверняка она влияет на сроки периода покоя, но это лишь один из факторов и не всегда самый главный.

Еще стоит помнить, что многие животные зимуют довольно глубоко в почве и повышение температуры может их просто не коснуться. Более того, многие выходят из гибернации еще тогда, когда земля не прогрелась до конца.

Спячка — это опасно

Сергей Крускоп, специалист по систематике летучих мышей, заведующий сектором териологии Зоологического музея МГУ и ведущий научный сотрудник этого же учреждения, говорит, что сигналом к выходу из зимней спячки для зверей, судя по всему, служит температура.

Однако ученый не указывает, какой она должна быть для окончания гибернации и сколько дней она обязана держаться. (Вероятно, такие данные могут скрываться в многолетних фенологических наблюдениях, но мы, увы, нашли там почти исключительно описания явлений, связанных с более заметными и незимоспящими животными — птицами.)

Также Крускоп напоминает, что спячка — в принципе опасное занятие: «Летучие мыши иногда впадают в спячку в местах, которые при сильных морозах промерзают сильнее, чем это допустимо. Тогда они могут разогреться, выйти из этого состояния и переместиться в более подходящее место. У сусликов, сонь, ежей таких способов нет, они выходят из спячки либо при повышении окружающей температуры, „пробуждаясь“ в активное состояние, либо уже на ту сторону бытия. Подозреваю, что огромное количество животных этих видов гибнет именно в это время».

Может ли, скажем, еж вернуться в спячку после пробуждения, Крускоп не знает. «Нет статистики, — говорит ученый. — Был бесснежный год, когда ежи просыпались в середине зимы, но поскольку ежей никто не учитывает поштучно, не отслеживает динамику их численности, невозможно сказать, стало ли их после этого меньше. Но то, что ежи существуют более миллиона лет, а теплые зимы уже случались, позволяет предположить, что какой-то защитный механизм у них есть».

А остальные?

В Европейской части России практически все холоднокровные зимой находятся в состоянии покоя. Из теплокровных в гибернацию, помимо упомянутых в тексте, впадают сони (это такие грызуны), а в зимний сон — барсуки.

Зимний сон характерен в основном для крупных зверей, чьи тела в силу соотношения объема и площади медленнее теряют тепло. Такие животные (медведи, енотовидные собаки, барсуки), по словам Сергея Крускопа, легко могут вернуться в активное состояние зимой.

Хотя бобров редко можно зимой увидеть на поверхности, они не впадают в спячку, а большую часть времени сидят в хатках. Для успешной зимовки им необходимо запасти достаточно корма, что они накануне и делают коллективными усилиями, всей семьей.

В городе зимой велик шанс столкнуться с летучими мышами, не сумевшими найти хорошее место для зимовки. Лучше всего отнести их в Центр зимней передержки рукокрылых Московского зоопарка. Аналогичные центры есть в Воронеже, Казани, Харькове, Киеве и некоторых других крупных городах.

Итак, если этой зимой вы встретили животное, в такое время года обычно не активное, не думайте, что непременно наблюдаете последние часы его жизни. Вероятно, с ним все нормально и оно просто находится в фазе очередной «плановой подзарядки» во время гибернации.

Если пробуждение не временное, то дальнейшая судьба животного в первую очередь будет зависеть от количества доступного ему корма.

В целом же, из всего сказанного получается, что иерархически четко назвать причины выхода животных из спячки с уверенностью никто не может: часть зверей вроде как просыпается от повышения температуры, часть — от внутренних физиологических перестроек.

Учитывая, что исследований физиологии гибернации и зимнего сна в дикой природе (а не в лаборатории) проводили довольно мало, специалисты затрудняются ответить на вопрос, могут ли звери полностью прекратить гибернацию, а потом вернуться в это состояние.

Однако и наши эксперты, и авторы различных статей, послуживших источниками для этого материала, сходятся во мнении, что похолодание, которое на территории европейской части России еще может наступить в феврале, и нехватка корма способны сильно осложнить жизнь тем, кто проснулся «не вовремя».

Вероятно, нынешняя бесснежная зима кое в чем опаснее для тех, кто не ложится спать. Линяющие звери, такие как беляки, в зимнем мехе сейчас очень хорошо заметны и могут стать легкой добычей хищников — ну или попасться на глаза тем, кто обычно их в это время года не видит.

Светлана Ястребова

Медведь в берлоге жив на четверть

Медведь спит не так, как сурки и суслики. Температура его тела снижается незначительно, зато обмен веществ падает на три четверти. Это позволяет крупному зверю не есть, не пить и не выделять отходы месяцами.

То, что медведь зимой спит, знают даже малые дети. Но подробностей медвежьей спячки до сих пор не знали и специалисты-зоологи. В основном, из-за трудности сбора данных — ведь не полезешь же в берлогу к медведю, чтобы измерить ему температуру. Биологам из Института арктической биологии Университета Аляски (Institute of Arctic Biology at the University of Alaska) в Фэрбенксе помогла телеметрия. Ученые вели наблюдения за пятью американскими черными медведями (Ursus americanus) – обитателями Аляски. Сначала животных отловили и под наркозом снабдили разными датчиками. Вживленный радиопередатчик передавал величину температуры тела, электрокардиограмму и электромиограмму (график электрической активности мышц). Подопытных медведей выпустили на изолированную лесную территорию, где в положенный срок они залегли в сооруженные для них искусственные берлоги.

Сон под присмотром

«Берлоги» представляли собой деревянные ящики с подстилкой, снабженные инфракрасными видеокамерами, измерителем активности и телеметрической антенной. Здесь же имелся анализатор выдыхаемого воздуха, измеряющий потребление кислорода и уровень углекислого газа.

Видеонаблюдение показало, что медведи спят, свернувшись калачиком — такая поза обеспечивает максимальную экономию тепла и воды. В среднем раз в два дня они начинают ворочаться, меняют позу, подгребают подстилку, но полностью не просыпаются. Самое интересное состояло в изучении их метаболизма, который позволяет им в течение 5-7 месяцев не есть, не пить и не выделять продукты жизнедеятельности.

Оказалось, что медведи спят не так, как мелкие млекопитающие, такие как сурки, суслики или летучие мыши. «Как правило, скорость обмена веществ у животных на каждые 10 градусов снижения температуры тела падает на 50%, но у медведей обмен снижается на 75%, хотя температура тела – всего на 5-6 градусов», — отмечает Эвинд Тойен (Øivind Tøien), руководитель исследования. Нормальная медвежья температура тела (37-38°С) падает в среднем до 33-34°С, но никогда не снижается ниже 30 градусов (это критическая температура для функционирования нейронов). Температура тела не всегда одинакова, она повышается и понижается в течение многодневных циклов. Дышит спящий медведь всего один-два раза в минуту. Скорость сердечных сокращений падает с 55 до 9 ударов в минуту (в среднем), при этом она меняется в зависимости от дыхания: сердце бьется чаще на вдохе и почти останавливается на выдохе. С учетом всех показателей уровень метаболизма спящего медведя составляет всего 25% от нормы.

Биологи ожидали, что когда медведи проснутся и выйдут из берлоги, их обмен веществ сразу же восстановится. Но оказалось, это не так: у проснувшихся животных метаболизм составлял всего половину от нормы, хотя температура тела достигла 37°С. Только через две-три недели жизнедеятельность животных достигла нормального уровня.

На следующем этапе ученые собираются изучить изменения в активности определенных генов, которые вызывают такие значительные сдвиги в медвежьем организме при спячке.

Медведи помогут понять людей

Исследование физиологии крупных млекопитающих во время спячки поможет понять механизмы выживания человека во время вынужденного длительного охлаждения. А также грамотно применять метод снижения температуры тела в медицинских целях, считают авторы работы.

О зимней спячке американских медведей можно прочитать в последнем выпуске Science.

ЗИМНИЙ СОН ЖИВОТНЫХ.

КЛАДЕЗЬ ПРЕМУДРОСТЕЙ ПРИРОДЫ, СПОСОБНЫХ ВРАЧЕВАТЬ ЛЮДЕЙ

Наука и жизнь // Иллюстрации

Способность впадать в спячку, причем у некоторых видов — не только зимой, но и летом, в засушливый и жаркий период, позволила сусликам широко расселиться от Калифорнии до Арктики.

Температура тела медведя зимой (в декабре) сильно понижена, но ее суточные колебания происходят примерно в том же ритме, что у бодрствующего зверя.

Арктический суслик в зимней спячке в своем подземном доме.

‹

›

У животных, погружающихся в зимнюю спячку, жизнь в этот период становится некоей бледной тенью их обычного существования: кровообращение резко снижается, ритм дыхания еле ощутим, температура тела колеблется около отметки, близкой к замерзанию. «Трудно уловить биение сердца, — говорит Келли Драйв, сотрудница университета в Фербенксе на Аляске, исследующая зимний сон арктических сусликов. - Невозможно отличить, умерло животное или оно спит. Перед нами - просто холодный маленький комочек».

Надо думать, еще в глубокой древности людей удивляла способность медведей, сурков, ежей и других животных засыпать на долгие зимние месяцы, чтобы избежать трудностей холодного и голодного времени года. Но серьезно исследованием этого феномена занялись не так давно, с середины нашего века. Изучая картину физиологии сна человека, ученые не могли не обратить внимание на то, что происходит в организме животных при столь долгом зимнем сне. Сегодня этим явлением заинтересовалась и лечебная медицина. Исследовав биохимию процесса погружения в зимний сон и поддержания жизни в течение длительного времени спячки, наука сможет найти новые способы лечения многих заболеваний. На первом месте — проблемы, волнующие специалистов, изучающих и лечащих инсульты.

Клетки головного мозга, как известно, чрезвычайно чувствительны к недостатку кислорода, буквально несколько минут кислородного голодания — и начинаются необратимые разрушения в мозге. А вот клетки головного мозга медведя не гибнут, хотя в период сна они многие месяцы находятся в режиме кислородного голодания: в это время головной мозг животного получает на 90 процентов меньше крови, чем обычно. Правда, спящие зимой животные какое-то время после пробуждения бывают усталыми, вялыми, но в дальнейшем никаких вредных следов такого голодания мозг не обнаруживает.

Биохимическая активность погруженных в сон нейронов падает, по всей видимости, практически до нуля. Синтез белка в мозговых клетках сведен к минимуму. Приказ о таком сокращении обмена веществ, как показали исследования, идет от части промежуточного мозга — гипоталамуса (его нервные центры кроме того ведают температурой тела, кровяным давлением, дыханием, сном, ощущениями голода и сытости, участвуют в физиологии размножения).

Если бы удалось разгадать молекулярный механизм, спасающий нейроны от гибели во время зимнего сна, то могли бы появиться новые действенные методы лечения человека, перенесшего кровоизлияние в мозг. И поиск в этом направлении активно ведется. Так, сотрудница ньюйоркского университетского Медицинского Центра Маргарет Райс обнаружила в крови спящего сурка в четыре раза больше витамина С, чем у животных, находящихся в активном состоянии. Жидкость, содержащаяся в черепе и позвоночнике во время зимнего сна, превращается в хранилище этого витамина, который высвобождается лишь в то время, когда просыпающийся сурок начинает согреваться.

Эти запасы витамина С, по мнению исследователей, помогают организму легче справиться с опасным переходным периодом от сна к бодрствованию. Когда, например, нейроны после продолжительного периода «летаргии» снова начинают активно работать, в них при поглощении кислорода возникает большое количество вредных для организма, химически очень активных так называемых свободных радикалов. Щитом против них могут служить некоторые вещества, к ним принадлежит и витамин С. Комплекс защиты, которым наделен организм животного, препятствует разрушительному действию опасных соединений, образующихся в период его пробуждения.

Врачи, изучающие эту проблему, считают, что витамин С способен предупредить массовую гибель клеток мозга у человека, пострадавшего от инсульта. Правда, первая атака недуга, разрушающая кровеносный сосуд вследствие его закупорки, не может быть предотвращена с помощью витамина С. Но вторая атака, которая нередко возникает, когда врачи, применяя медикаментозные средства, пытаются восстановить кровообращение, часто не менее разрушительна, чем первая, — вот эту атаку может смягчить витамин С, а то и предотвратить.

Внимание медиков привлекают и другие физиологические возможности животных, засыпающих на зиму. Например, медведи, а их сон длится до пяти месяцев, все это время не едят и не пьют. Они не впадают, как сурки, в оцепенение, в период сна температура тела медведя понижается всего на несколько градусов Цельсия. Тем удивительнее, что мочевой пузырь и кишечник медведя в это время не действуют. Человек же, если у него отказывает мочевой пузырь, уже через несколько дней погибает, отравленный уриной. У спящего же зимой медведя включен на это время удивительный механизм: моча, собирающаяся в мочевом пузыре, возвращается через его стенки в организм. А там, как в сказочном источнике вечной юности, моча и ее ядовитые составляющие восстанавливаются до безвредного вещества белковой природы; этот белок, в частности, поступает в молоко медведицы, которая именно зимой приносит потомство.

Если бы науке удалось до конца познать такой механизм и применить его к людям с больными почками, потерявшими способность отфильтровывать урину из крови, то это избавило бы их от тяжкой необходимости периодически подключаться к аппарату искусственной почки, чтобы очищать кровь от ядовитых веществ.

И еще одна особенность. У медведей, даже весящих около ста килограммов, несмотря на долгую неподвижность в период сна, прочность костей не снижается. Человек, прикованный болезнью к постели, в течение шести месяцев теряет до четверти вещества, придающего прочность его костям. Космонавты, лишенные в полете нагрузок на скелет, каждый месяц теряют до двух процентов костной массы.

Почему такие изменения не происходят в костях у медведей? С помощью биохимического процесса их организм возвращает из крови кальций, попадающий туда при «вымывании» его из костей, и он снова становится строительным материалом для укрепления скелета. Уже несколько лет биохимики упорно ищут в крови медведей то вещество, которое снова и снова направляет оказавшийся в крови кальций на усиление костей. Если только удастся его найти, миллионы людей пожилого возраста вздохнут с облегчением: им перестанет угрожать остеохондроз — хрупкость костей.

Во всех упомянутых случаях дорога к применению в медицинской практике открытых у животных особенностей еще очень и очень длинна. Но кое-что служит медицине уже сейчас. При некоторых хирургических вмешательствах врачи снижают температуру тела оперируемого примерно на семь градусов Цельсия. (В частности так оперируют в Новосибирске, в Клинике имени Мешалкина.) Таким приемом снижается потребность органов в кислороде, уменьшают кровообращение и сокращают потери крови при операции, уберегаются от повреждения органы.

Сегодня после кропотливых исследований окончательно развенчан расхожий миф о том, что зимний сон — это отдых животного. Как раз напротив, это тяжелая работа для организма. Доказательством тому служит удивительное поведение некоторых животных в их зимних квартирах. Через определенные промежутки времени животные как бы «выныривают» из глубокого, похожего на смерть, сна. В течение нескольких часов температура их тела повышается, приближаясь к нормальной, — словно бы возникла возможность вернуться к активной жизни. Прежде исследователи считали эти паузы потребностью организма освободиться от мочи или заглушить сильный голод, обратившись к запасам. На самом же деле животные пробуждаются из глубокого сна для того, чтобы на какое-то время заснуть другим, освежающим, сном, каким они восстанавливают свои силы летом.

Медведи в Московском зоопарке впали в спячку / Новости города / Сайт Москвы

Медведи, еноты, сурки и тушканчики впали в спячку в Московском зоопарке. Посетителей просят вести себя тише, чтобы их не разбудить. Рядом с уличными вольерами уже установили новые информационные таблички «Соблюдайте тихий час. Посмотреть на животное приходите весной».

«В природе звери впадают в спячку, чтобы пережить зиму. Когда земля покрыта снегом, им труднее добыть себе пропитание. Вдвойне тяжело искать пищу травоядным животным, а также животным с большой массой тела. Например, бурому медведю — самому известному соне. Если медведь не отправится на боковую, от голода он становится очень агрессивным», — пояснила генеральный директор Московского зоопарка Светлана Акулова.

По ее словам, в столичном зоосаде стараются не нарушать естественные процессы в организме животных, которые сформировались миллионы лет назад. Поэтому зоологи готовят к зиме впадающих в спячку зверей заранее. Летом количество корма увеличивают, чтобы за три месяца они смогли набрать необходимую для спячки массу тела. Осенью размер порций постепенно уменьшают, как это происходит в естественной среде обитания. К первым заморозкам животные уже сами начинают отказываться от еды и готовиться ко сну.

Первыми в этом году заснули еноты. Все лето они усиленно питались мясом, морепродуктами, фруктами и орехами. В начале осени киперы (специалисты, которые ухаживают за животными) соорудили им в вольере удобную постель из соломы. Каждый енот решает сам, когда ему уснуть. В отличие от других зверей, эти полосатые хищники не погружаются в глубокий сон, а находятся в полудреме. К примеру, енот может проснуться, прогуляться по вольеру и, убедившись, что зима в разгаре, отправиться досыпать. В теплое время года еноты держатся поодиночке, но спать предпочитают прижавшись друг к другу. Сейчас в Московском зоопарке проживают четыре особи.

После енотов впали в спячку тушканчики. Всю осень зоологи регулярно взвешивали зверьков, чтобы контролировать набранный ими вес. Дело в том, что перед сном тушканчик должен весить минимум 350–380 граммов. Как только животное набирает нужную массу, его помещают в маленький деревянный домик и укутывают специальным изолирующим материалом. После этого зверьков помещают в специальный холодильник, в котором температура не опускается ниже двух градусов и не поднимается выше пяти. В течение всей спячки их продолжают взвешивать и осматривать. За зиму тушканчики обычно теряют 110–120 граммов веса. Просыпаются они в апреле.

В конце ноября в утепленных соломой домиках уснули и сурки. Во время спячки частота их сердцебиения снижается в несколько раз, а температура тела падает до восьми градусов. День сурка отмечают 2 февраля. Однако просыпается зверек гораздо позже — с наступлением тепла, как правило в апреле или начале мая.

Последними в Московском зоопарке впали в спячку медведи. Бурая медведица и два гималайских медведя уснули в начале декабря. В этом году из-за аномально теплого ноября косолапые отошли ко сну позже обычного.

«Летом мы вдоволь откормили медведей мясом, хлебом, овощами и фруктами. Чтобы животным комфортно спалось, сотрудники зоопарка принесли им сено, из которого можно сделать уютное гнездо в берлоге. Во время спячки температура тела у медведей не падает, поэтому спят они чутко. Мы стараемся вести себя тише рядом с ними. Просыпаются звери в середине марта. Но, если зима будет долгой, они могут проспать и до апреля», — рассказала Светлана Акулова.

Она добавила, что в первые дни после пробуждения медведи особенно подвижны и игривы.

Белые медведи, которых в Московском зоопарке двое, в спячку не впадают. Их можно увидеть всю зиму на новой территории. В природе белые медведи добывают себе пищу круглый год, поэтому в долгом сне не нуждаются.

Кибернетика медвежьей спячки – Евгения Кандиано – Наука и технологии – Материалы сайта – Сноб

Зимняя спячка — это очень выгодное умение: когда все плохо — просто поставить жизнь «на паузу». Но как это сделать? Некоторые животные, вроде земляных белок или сурков, решают проблему радикально: снижают обменные процессы в 50 раз и замерзают почти до нуля. Это позволяет им долгое время находиться без пищи и дотянуть до того времени, когда снег сойдет и жизнь станет полегче.

До сих пор ученым было более или менее понятно, как происходит спячка у некрупных животных. Но свежий Science рассказывает о том, как на Аляске был поставлен первый эксперимент с черными медведями, в ходе которого ученые наблюдали за их долгим зимним сном.

Несколько черных медведей, включая одну беременную самку, отловили поздней осенью в лесах Аляски, доставили в Институт арктической биологии, присоединили к их телам датчики и отправили спать в специально построенные загоны в огороженной части леса. Условия были максимально приближены к естественным, т. к. обычно черные медведи устраиваются под корнями деревьев, в пещерах, расселинах или просто роют себе ямку в земле, выстилая ее сухой травой и листьями. В своих загонах отловленные животные уютно свернулись клубочками и уснули, а ученые с помощью датчиков фиксировали динамику температуры их тела и уровень обменных процессов.

Медведь спит в искусственной берлоге в ходе эксперимента. Video by Øivind Tøien/Institute of Arctic Biology/University of Alaska Fairbanks

Иногда медведи вставали, почесывались, чистили свою шерсть, устраивали свое ложе поудобнее, но потом снова проваливались в сон — несколько мохнатых живых клубочков. Такая поза экономит тепло, которое никак нельзя растрачивать понапрасну. В активное время, когда медведи ведут нормальную жизнь, добывая себе пропитание, температура их тел составляет 37-38 °C. А во время спячки она незначительно снижалась, колеблясь между 30 и 34 °С.

Ученые мониторят потребление кислорода сурком в норе

Фото: Oivind Toien/Institute of Arctic Biology/University of Alaska Fairbanks

Ученые следят за всеми жизненными показателями спящих медведей из своей будки

Фото: Oivind Toien/Institute of Arctic Biology/University of Alaska Fairbanks

Эта незначительность разницы температуры между режимом спячки и нормальным режимом очень необычна; еще большие сюрпризы начались, когда удалось измерить уровень обмена веществ у этих медведей.

Поскольку у медведей температура падает несильно, оставался вопрос: насколько их состояние вообще стоит называть спячкой? Может быть, они просто отдыхают, экономят силы, но все процессы идут в их организме примерно как летом?

Оказалось, что у мишек обмен веществ падает совершенно непропорционально их температуре: до уровня 25% от нормального, то есть вчетверо; сердце, например, бьется девять раз в минуту. В этом главная неожиданность. Выходит, их спячка — самая настоящая, не просто «отдых». Но почему тогда они держат такую высокую температуру тела? Зачем?

И еще тут же возникает вопрос: не открывает ли это новые перспективы для лечения некоторых заболеваний или, например, для космонавтов, которым, чтобы долететь до Альфа Центавра, нужно умножить жизнь на два, погрузившись в сказочный «зимний» сон.

Илья Колмановский: Я поговорил с авторами исследования, сопоставил их мысли с классическими фактами — и у меня есть такая теория.

Мелкие животные (некоторые из них весят всего 5-10 граммов) имеют очень мало жира и очень быстро остывают. Сравните большую и маленькую бутылку воды — какая быстрее замерзнет? Поэтому им никак не продержаться зиму, не отключив полностью просто все: и «печку», и все остальные процессы вроде сердцебиения и работы почек.

Медведь — это барин. Огромный размер (200-300 килограммов), много жира, мех, медленно остывает, хорошо держит тепло. Поэтому он может отключить не все системы, а оставить работать одну, довольно затратную: отопление.

Главный вопрос: почему он делает именно такой выбор? Почему крупному животному важно сохранить именно высокую температуру?

Один из возможных ответов: сердце. Маленькое сердце какого-нибудь суслика легко «запустить» даже на фоне значительного понижения температуры: импульс быстро распространится по всей мышце, потом еще раз и еще — и быстро наладится циклический ритм, при котором предыдущий электрический импульс служит причиной следующего.

Большое сердце очень чувствительно к падению температуры. Подобно большому двигателю, его труднее завести — и после паузы в 8-20 секунд (у медведей зимой именно так) сердце может и не завестись, случится фибрилляция, и надо будет бежать за дефибриллятором, а где его взять в лесу?!

Во всем этом есть урок для человека. Ведь мы — крупные животные. И мы еще хуже, чем медведи, переносим понижение температуры тела: 34 °С для нашего сердца уже критично. Первого автора исследования Ойвинда Тойена из Института Арктики при Университете Аляски полученные результаты наводят на мысль: если мы хотим заснуть на полгода в космическом путешествии, для нас есть выход. Можно понизить обмен и таким способом «расквитаться по счетам» за жизненно необходимое отопление организма.

Более житейский вывод для меня такой: во время ужасных зимовок в городах проекта нам нужно отключать все функции, кроме какой-то одной, самой важной — и так выживать. Например, в Москве (сегодня было –23 °С!) я предлагаю на всю зиму перестать работать, ездить на машине и водить детей в школу. Освободившиеся силы предлагаю тратить на медитацию: очень просветляет. А что бы сделали вы?

Почему люди не могут проспать всю зиму, как медведи

• Люси Джоунс
• BBC Earth

13 января 2016

Автор фото, Getty

Множество обитающих на Земле живых существ — от медведей до шмелей — впадает зимой в спячку. Но людям это не дано, и корреспондент BBC Earth выяснил, почему.

Многие из нас, людей, испытывают сонливость зимой, однако представители других видов идут дальше и впадают в спячку на целый сезон.

Мышь-соня зарывается в землю, чтобы свернуться там в аккуратный клубочек, колонии летучих мышей находят уединение на чердаках или в пещерах, медведи спят в своих берлогах, шмели прячутся в почве, а ежи находят укрытие в своих гнездах.

В спячку впадают животные всех видов — от насекомых и земноводных до птиц и приматов. И, похоже, это идет им только на пользу.

Однако хоть мы и можем взять дополнительный выходной, когда дни становятся короче и холоднее, но не в состоянии спать на протяжении длительных промежутков времени.

Как им это удается

Как-то это все же не очень справедливо по отношению к нам, людям. Но для того чтобы выяснить, почему мы не можем впадать в спячку, надо для начала объяснить, для чего это делают животные.

Самая очевидная причина впасть в спячку – уберечься от холода.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Мы можем всласть поспать, но впасть в спячку – это, увы, не для нас… Пока?

Спячка — это продолжительный период оцепенения, торпора (биологический термин, обозначающий глубокую спячку), во время которого животное накапливает энергию.

Процессы, протекающие в организме, замедляются, снижается частота дыхания и сердцебиения, обмен веществ становится менее интенсивным.

Интуитивно животные чувствуют, что в спячку надо впадать зимой. Условия жизни суровые, корма мало.

Поэтому многие животные отъедаются за лето, а затем, пока не настанет время просыпаться, существуют за счет накопленных жировых запасов.

Соответственно, животные, впадающие в спячку, чаще встречаются в северном полушарии. Большая часть суши в южном полушарии располагается близко к экватору, поэтому зимы там мягкие.

Однако это не универсальное правило.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Ежи не дураки поспать, и умеют это делать не хуже медведей

Некоторые виды, живущие в условиях теплого климата, также впадают в спячку — такие как, например, карликовый лемур (Cheirogaleus sibreei) на Мадагаскаре и южноафриканский еж в Анголе, Зимбабве и других африканских странах.

Более того, период их спячки не ограничивается холодными месяцами.

В ходе исследования сонь-полчков, проводившегося в 2015 году, выяснилось, что их спячка продолжается даже после окончания холодов.

Некоторые особи оставались в спячке под землей на протяжении 11.4 месяцев: практически целый год, и это самый длинный период спячки из тех, что наблюдался в дикой природе.

Это — «необыкновенно долгое отсутствие», говорит соавтор исследования Клаудия Бибер, сотрудница Университета ветеринарной медицины в Вене, Австрия.

Кто спит, тот обедает

На территории, где проводилось исследование, только четыре или пять месяцев в году бывают холодными. «Таким образом, очевидно, существуют иные причины [для торпора]», — полагает она.

Кажется, главная причина заключается в «поведении» европейских буков. У этих деревьев периодически бывают плодовитые годы, в которые они дают небывалый урожай семян, которыми питаются сони-полчки.

Каким-то образом зверьки могли предугадывать, будет ли год изобильным, а если нет, они так и оставались под землей.

Существуют и другие источники пищи, однако соням требуется дополнительное количество семян бука для производства на свет потомства.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

И даже бабочки могут делать это — а мы нет!

«Они могут питаться фруктами (например, яблоками), и этого им достаточно для того чтобы подкрепиться, но не для производства потомства, и не достаточно для молоди, чтобы набрать достаточное количество жира, — говорит Бибер. — В такие годы они не размножаются и увеличивают вероятность собственного выживания за счет того, что просто остаются под землей».

Более того, Бибер считает, что у сонь есть еще одна причина спать подольше в укромных убежищах: хищники.

Оставаясь вне поля зрения своих врагов, сони исключают для себя вероятность стать добычей хищных птиц семейства соколиных и сов.

«Основная причина гибели мелких млекопитающих проста – их съедают», — говорит Бибер. Спрятавшаяся в земле соня не испускает никаких запахов — таким образом, ее трудно найти.

Огромные белые бабочки-капустницы в южной Испании делают нечто подобное. Их куколки впадают в спячку на три месяца летом, это явление известно как летняя спячка.

В ходе проводившегося в 2014 году исследования установлено, что это помогает им укрываться от ос, которые в противном случае будут паразитировать на их кладках яиц.

«До недавних пор люди думали, что животные впадают в спячку для экономии энергии, защиты от холодной погоды и нехватки пищи, а сейчас мы думаем, что это скорее служит средством спасения от хищников», — говорит Томас Руф, который также работает в Университете ветеринарной медицины в Вене, Австрия.

«Мы знаем, что вероятность выживания для животных, впадающих в спячку, приближается к 100%».

Спать, чтобы выжить

Какая бы из причин не являлась основной, очевидно, что спячка сильно меняет образ жизни животных.

Некоторые из сонь, которых изучали Руф и Байбер, достигали возраста 12 лет, что является невероятным для маленьких грызунов (продолжительность жизни диких мышей редко превышает три месяца).

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Белки настраиваются на семейный сон

«Благодаря спячке им удается избегать хищников, — подчеркивает Руф. – В этом состоянии также важно обеспечивать поддержание жизнеспособности собственного организма, восстанавливать клетки».

В 2011 году проводилось исследование, в ходе которого команда ученых установила, что впадающие в спячку животные живут менее интенсивно, накапливают запасы веществ и свойств, необходимых для выживания, и дольше остаются в живых, чем не впадающие в сезонную спячку виды.

«Все впадающие в спячку животные уменьшают количество производимого в год потомства и увеличивают свою продолжительность жизни, — говорит Бибер. — Спячка замедляет темп жизни».

Это означает, что спячка может оказать влияние на функционирование целых экосистем, изменяя частоту размножения животных, что заставляет хищников искать другую добычу.

Однако при том, что у нас есть предположения, как и почему в процессе эволюции развилась спячка, мы не имеем ни малейшего представления, когда именно это произошло.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Впадали ли в зимнюю спячку динозавры, или она им была совершенно ни к чему?

«В общем и целом, нет практически никаких ископаемых данных, зато хватает домыслов», — говорит Руф.

Высказывались предположения, что динозавры, жившие рядом с Северным Полюсом, могли впадать в спячку, чтобы переживать долгие зимы. Однако регулярная спячка, как правило, оставляет следы в костях животных.

Во время исследований в 2011 году окаменелых останков динозавров не удалось обнаружить подобного.

Тем не менее, Бибер говорит, что таким явлениям как спячка и летаргия миллионы лет.

Например, у представителей всех трех основных групп млекопитающих (клоачные, сумчатые и плацентарные, включая людей – Ред.) развились такие способы существования, а сами эти группы обособились десятки миллионов лет назад.

Это дает основания полагать, что хотя бы некоторые животные, от которых произошли люди, могли впадать в спячку.

А мы чем хуже?

Похоже, однако, что мы утратили некоторые из наших ключевых способностей.

Например, наше сердце не может работать, если слишком холодно. Оно сжимается, реагируя на кальций, и если его слишком много, происходит остановка сердца.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Холод не останавливает сердца животных

Ниже определенной температуры сердце человека не может выводить избыток кальция и останавливается. «Человеческое сердце перестанет работать, если его охладить до 28 градусов по Цельсию», — говорит Руф.

Сердца животных, впадающих в спячку, наоборот, могут продолжать биться при температуре тела даже в 1 градус Цельсия. Руф утверждает, что у них есть специальные «насосы», позволяющие выводить кальций, которых нет у нас.

Однако это поднимает новый вопрос: почему у человеческих особей нет этих «насосов»? Ключевым фактором может быть наш образ жизни.

Процесс эволюции человека протекал в экваториальной Африке, глубоко в тропиках, где запасы еды постоянны. Это означает, что нам не требовалось впадать в спячку для того, чтобы избежать тягот жизни в суровых условиях.

Однако чем больше ученые изучают тропики, тем больше они там находят видов животных, впадающих в спячку, рассказывает Руф.

Он открыл, что малый лори может впадать в спячку на периоды до 63 часов между декабрем и февралем.

Это особенно поразительно, учитывая, что лори — приматы, то есть относятся к тому же семейству, что люди и обезьяны.

До настоящего времени были известны только три вида приматов, впадающих в спячку, все они — лемуры с Мадагаскара.

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

Летучие мыши предпочитают спать в компании

Малые лори живут в материковой части Азии, и это открытие показывает, что спячка распространена шире, чем кто-либо мог ожидать.

Все это означает, что наше тропическое происхождение снизило возможности для развития способностей к спячке. Но не исключило ее полностью.

Видимо, столь же важно и то, что мы относимся к числу высших хищников, способных справляться с добычей значительно крупнее себя.

Возможно, у нас никогда не возникало надобности впадать в спячку, чтобы избежать такой опасности, как хищники.

Не исключено, мы просто несколько крупноваты. В среднем животное, впадающее в спячку, весит 70 граммов.

Существуют, впрочем, исключения из этого правила, наиболее очевидное из них — медведи, но они не впадают в такую глубокую спячку, как другие животные.

В частности, они не так сильно понижают температуру тела, поскольку для того, чтобы потом разогреться, им потребуется слишком много энергии.

Объективно существует набор факторов, которые могут подтолкнуть животных впадать в спячку, и у людей не наблюдается ни одного из них.

У спячки могут быть и свои недостатки. Например, у впадающих в нее животных обычно отсутствует иммунная система, таким образом, для них существует риск заразиться инфекцией.

Вспомнить все

Как представляется, спячка также влияет на память. В 2001 году Ева Миллеси, сотрудница Университета Вены учила группы бурундуков (Spermophilus citellus) проходить лабиринт.

Группы, которые впадали в спячку, имели ослабленную память и забывали все, чему их учили.

Однако это не останавливает исследователей, изучающих возможность «сконструировать» человеческую спячку.

Анестезиолог Роб Хеннинг из Университета Гронингена в Нидерландах сотрудничает с NASA как раз в этом вопросе.

Он говорит, что спячка способна обеспечить будущих астронавтов двумя ключевыми преимуществами.

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

Астронавт выполняет комплекс физических упражнений на борту МКС. А мог бы спать

Она – теоретически — позволит сократить объем дорогостоящих припасов, которые необходимо брать с собой в космос, а также защитит здоровье.

«В числе вещей, особенно раздражающих астронавтов, — необходимость выполнять физические упражнения по шесть часов в день», — говорит Хеннинг. В противном случае их мышцы и кости атрофируются.

Но упражнения в космосе доставляют мало удовольствия из-за высокой – более 30 градусов – температуры и обилия углекислого газа в воздухе.

Если бы астронавты могли впадать в спячку, им бы не пришлось выполнять физические упражнения. «Животные, проводящие по полгода в спячке, не страдают от атрофии мышц или остеопороза», — говорит Хеннинг.

Спячка могла бы в буквальном смысле спасать жизни.

«Есть данные, что животные, впадающие в спячку, защищены от разрушительного воздействия радиации, а в космосе это действительно очень важно», — говорит Хеннинг.

В настоящий момент люди могут находиться в безвоздушном пространстве только около года; если человек проводит в космосе больше года, то значительно возрастает риск заболеть раком.

«Если бы мы смогли сделать так, чтобы люди впадали в спячку, и обеспечить им защиту, это позволило бы предпринимать куда более продолжительные космические миссии», — говорит Хеннинг.

Это также может помочь в долгосрочной колонизации космоса. «В реальности в космосе невозможно завести детей, потому что яйцеклетки и сперма настолько деформируются, что вы никогда не получите правильного потомства».

«Если мы поймем последовательность нейроэндокринной регуляции, однажды настанет час, когда мы сможем сделать так, чтобы человек впал в спячку, — утверждает Руф. — Мы знаем, что другие приматы, лемуры Мадагаскара, например, впадают в спячку, и, соответственно, у нас есть генетическая структура для образования требуемых субстанций и последовательностей».

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

Длительный сон на орбите мог бы сохранить здоровье космонавтов

«Я не вижу причин, по которым это было бы невозможно, — говорит Хеннинг. — Это не совсем «да», но довольно близко к нему. Где угодно можно найти животных, впадающих в спячку, и я не вижу причин, почему в эту категорию не могут попасть люди».

Конечно, если мы заставим спячку работать, то столкнемся с теми же недостатками этого явления, что и у животных — такими, например, как потеря памяти.

«Вероятно, нам удастся погрузить астронавтов в спячку, но после пробуждения они могут не вспомнить, кто они такие и что должны делать», — говорит Руф.

Даже если невозможно заставить человека впасть в спячку, имитация некоторых процессов, происходящих в таком состоянии, способна помочь справиться с некоторыми человеческими болезнями.

Когда животные находятся в состоянии спячки, их органы кажутся больными: легкие выглядят, как у страдающего астмой, а мозг демонстрирует признаки болезни Альцгеймера.

Однако когда они просыпаются, то очень быстро восстанавливаются, и всё возвращается в нормальное состояние.

Хеннинг сравнивает это с тем, если бы им пришлось выпить 10 банок энергетического напитка — так быстро у них восстанавливается здоровье.

Например, в результате проводившегося в 2008 году исследования обнаружилось, что белые медведи не теряют костную массу за время спячки.

Они — единственные млекопитающие, которым удается этого избегать. Выяснилось, что живущие в дикой природе беременные белые медведицы переносят шестимесячную спячку лучше, чем бурые медведи.

Возможно, понимание этого механизма может помочь нам в изучении и лечении остеопороза у людей.

Голландская фармацевтическая фирма Sulfateq тестирует химические препараты, «основанные на защитном эффекте природного механизма спячки».

Один из таких препаратов, SUL-121, был протестирован как возможное средство для лечения заболевания, известного как хроническая обструктивная болезнь легких.

До сих пор этот способ лечения либо существует лишь в теории, либо находится на очень ранней стадии разработки.

Может случиться и так, что спячка окажется полезной для нас, даже если мы никогда не научимся впадать в нее.

Сытые и вялые медведи в липецком зоопарке готовятся к долгому сну

Для постояльцев липецкого зоопарка наступает самый сонный период года. Некоторые лохматые обитатели со дня на день уснут в своих тёплых домиках, обустроенных сотрудниками зоопарка.

Животные, о которых вспоминают первыми, когда говорят о спячке, это бурые медведи. Однако, как отмечают методисты зоопарка, такая ассоциация не совсем верна.

– Медведи погружаются не в спячку, а в зимний сон. Это разные состояния. У спящих медведей сохраняются жизненные функции, температура тела уменьшается всего на пять-семь градусов. Для сравнения – ежи в зимней спячке имеют температуру тела около двух градусов. К тому же наши косолапые могут проснуться в любой момент, что нетипично для животных, впадающих в спячку. Как в дикой природе, так и в зоопарках медведи обычно спят до апреля, но бывает, что животные не могут уснуть и лениво передвигаются по клетке. Мы их не тревожим, ведь нарушение сна может спровоцировать ожирение, – рассказывает ведущий методист зоопарка Любовь Бородина.

Стоит отметить, что сотрудники зверинца приложили все усилия, чтобы медведи комфортно зашли в зимний сезон. С 14 июля по 15 октября для животных устроили период нажировки – косолапых усиленно кормили, чтобы они могли запастись жиром на зиму. Животным давали яблоки, овощи, мёд с хлебом, рыбу, каши на мясном отваре. В природе за лето и осень медведь может набрать до 170 килограмм, в неволе меньше — 50-70.

Кроме того, специалисты зоосада создали для пары косолапых Миши и Маши берлоги. Их готовят каждую осень и выстилают свежей соломой. Если медведь вовремя не погружается в сон, от голода и усталости он становится агрессивным и даже опасным. Безусловно, в зоопарке нет дефицита корма, но эксперты стараются не нарушать естественные процессы. Сейчас липецкие медведи очень вялые и сонные. Они залягут спать с приходом стабильно морозных ночей.

А вот байбаки (сурки) и ежи — в зоопарке живут обычные и ушастые – уже погрузились в спячку. Они тоже накопили жирок перед зимой и теперь спят в своих домах. У животных понижена температура тела, замедлено дыхание и сердцебиение. Постепенно засыпают и обитатели пруда — черепахи — они зарываются в ил. Зато еноты и енотовидные собаки, которые в природе зимой спят, в зоопарке бодрствуют.

Напомним, что зверинец уже полностью готов к холодам. Домики животных и птиц утеплены. Теплолюбивые обитатели переведены в зимние вольеры, где их и могут увидеть посетители.

Важно, что при посещении зоопарка необходимо не забывать о мерах безопасности: носить защитные маски, обрабатывать руки антисептиком и соблюдать социальную дистанцию.

Медведи, находящиеся в спячке, держатся странно тепло

Черные медведи, находящиеся в спячке, могут значительно снизить их метаболизм лишь при умеренном падении температуры тела, говорится в неожиданном новом исследовании.

Североамериканские млекопитающие обычно спят около пяти-семи месяцев без еды, питья, мочеиспускания и дефекации, а затем весной выходят из своих логовищ, не теряя при этом усталости.

Ученым давно известно, что для того, чтобы выжить в таком продолжительном голодании, медведи отказываются от метаболизма — химического процесса, который превращает пищу в энергию.

Но считалось, что, как и большинству животных, медведям придется снизить температуру тела, чтобы тормозить метаболизм — каждое понижение температуры на 18 градусов по Фаренгейту (10 градусов Цельсия) должно равняться 50-процентному снижению температуры. химическая активность.

Согласно новому исследованию, это не так. Черный медведь на Аляске может снизить свою температуру — обычно около 91 градуса по Фаренгейту (33 градуса по Цельсию) — всего на 9–11 градусов по Фаренгейту (5 или 6 градусов по Цельсию), но при этом почти полностью останавливает свой метаболизм, на 25 процентов нормальной скорости.

(См. «Питоны увеличивают сердца во время еды»)

Ученые также зафиксировали, что частота сердечных сокращений медведей упала с 55 до 9 ударов в минуту. В интервалах, когда медведи не дышали, между ударами было по 20 секунд. Это потому, что, когда замедляется метаболизм, сердце должно перекачивать кислород через тело.

«Если бы у нас был такой более длительный интервал в наших сердцебиениях, мы, вероятно, упали бы в обморок», — сказал соавтор исследования Ойвинд Тойен, зоофизиолог из Университета Аляски в Фэрбенксе.

Метаболизм черного медведя — еще один «удивительный» подвиг

Для исследования Тойен и его коллеги спасли четырех «мешающих» медведей, которые были недавно пойманы Департаментом рыбы и дичи Аляски. Таких медведей, которые живут слишком близко к людям, обычно усыпляют.

Ученые оснастили медведей различными устройствами для регистрации их температуры, сердцебиения и других факторов, прежде чем поместить животных в искусственные норы. Логова были расположены в нетронутом лесу недалеко от Фэрбенкса, который имитировал естественную среду обитания животных.

(Подробнее о том, как Тойен работал с медведями, читайте в блоге National Geographic News Watch.)

Как тело медведя может вызвать неожиданное снижение метаболизма, все еще плохо изучено, но у Тойена есть несколько теорий. Например, медведи могут быть похожи на сурков, зимующих млекопитающих, которые регулируют метаболизм, сокращая массу пищеварительной системы, а затем снова набирая вес с наступлением весны.

(См. «Потепление, создающее риски вымирания для спящих.»)

В целом, отделение метаболизма медведя от температуры «еще одна удивительная вещь, на которую способны черные медведи», — отметил Брайан Рурк, биолог из Калифорнийского государственного университета. Лонг-Бич, который изучил, как сердца медведей могут выдерживать спячку.

Рурк также указал на открытие нового исследования, согласно которому медведи могут регулировать свою температуру в соответствии с индивидуальными потребностями. (См. Фотографии медведей.)

Например, беременная самка черного медведя, участвовавшая в исследовании, не позволяла колебаться температуре своего тела так же сильно, как другие медведи, находящиеся в спячке, предположительно для защиты плода.

Исследование медведя может помочь людям

Оба ученых подчеркнули, что исследование медведя, опубликованное завтра в журнале Science, может предложить практическое применение людям.

«Многое из того, что могут сделать спящие млекопитающие, касается способов, которыми, возможно, мы могли бы лечить такие вещи, как мышечные заболевания или болезни сердца», — сказал Рурк.

Например, понимание того, как медведи могут выжить с таким низким количеством кислорода, может помочь жертвам инсульта, которые временно теряют приток кислорода к мозгу.

Или, открытие того, как медведи могут контролировать свой метаболизм, не понижая температуру, может дать ключ к разгадке того, как люди могут похудеть.

«Почти каждая система органов в спячке млекопитающего, — сказал Рурк, — демонстрирует некоторую увлекательную, но контрастирующую с человеческой физиологией. «

5 медведей, впадающих в спячку, позволяют ученым заглядывать в свои логова

Согласно новому, первому в своем роде исследованию, в котором наблюдали за пятью дикими черными медведями, когда они спали зимой на Аляске, с медведями в спячке происходит нечто большее, чем несколько месяцев прекрасного сна.

В отличие от других животных, впадающих в спячку, исследование показало, что черные медведи понижают температуру тела всего на несколько градусов, одновременно подавляя метаболизм на 75 процентов (чтобы снизить потребность организма в энергии).

Это первый раз, когда исследователи изучили полный сезон спячки у животного размером с человека, и исследователи надеются, что результаты могут в конечном итоге помочь вызвать спячку человека для медицинской помощи или даже космических путешествий — хотя до таких достижений, вероятно, еще далеко.

«Настоящее желание медицины состоит в том, чтобы иметь возможность вызывать переохлаждение у пациентов, снижать их температуру и метаболизм», — сказал LiveScience исследователь исследования Х. Крейг Хеллер, биолог из Стэнфордского университета. «Если вы можете снизить температуру головного мозга всего на пару градусов после инсульта, вы можете резко уменьшить количество повреждений от инсульта… но сейчас это невозможно сделать эффективно.Если бы мы действительно смогли выяснить, как медведь делает это биохимически и физиологически, это могло бы привести к применению у людей ».

Строительство логова

Медведи давно интересовали исследователей-медиков из-за их удивительных способностей к гибернации. Например, черные медведи теряют жир в течение месяцев неподвижности в спячке, но в отличие от людей, прикованных к постели, они теряют мало мышечной или костной массы. Это делает их интересными для исследователей реабилитации, — сказал автор исследования Брайан Барнс из Университета Аляски в Фэрбенксе. брифинг для СМИ о работе фев.17 в Вашингтоне, округ Колумбия.

Наблюдать за привычками сна 200-фунтового черного медведя непросто. Заставить содержащихся в неволе животных впасть в спячку, как в дикой природе, сложно, поэтому большинство предыдущих исследований медведей в спячке включало периодический полевой мониторинг диких животных. В новом исследовании использовался другой подход. Пять «неприятных» черных медведей, которые неоднократно подходили слишком близко к человеческим сообществам на Аляске, были усыплены и отправлены в отдаленный район за пределами Фэрбенкса. Двое из беспокойных медведей были самками, а остальные трое — самцами.Самый большой из них весил 227 фунтов (103 кг).

Каждому медведю был предоставлен уютный деревянный ящик в качестве берлоги с соломенной подстилкой и набором высокотехнологичных датчиков для измерения потребления кислорода животными, движения мышц, частоты сердечных сокращений и температуры.

Исследователи регистрировали каждое подергивание медведя в течение пятимесячного сезона спячки с ноября по март. Медведям также хирургическим путем имплантировали радиопередатчик, монитор сердечного ритма и монитор метаболизма, что позволило исследовательской группе отслеживать их жизненно важные функции в течение месяца после гибернации.

Американский черный медведь дремлет в искусственной берлоге, построенной исследователями на Аляске. (Изображение предоставлено: Øivind Tøien)

Охлажденные твари

Медведи с радостью обосновались в своих берлогах, предоставленных людьми, сказал Хеллер. После сна температура их тела упала с нормальных 98,6 до 100,4 градусов по Фаренгейту (от 37 до 38 градусов по Цельсию) до в среднем 91,4 градусов по Фаренгейту (33 градусов по Цельсию). Это падение температуры сопровождалось снижением метаболизма медведей на 75 процентов.По словам Хеллера, это было удивительно: у мелких спящих млекопитающих, таких как сурки и белки, требуется снижение температуры тела на 10 градусов по Цельсию, чтобы вдвое замедлить метаболизм. У медведей метаболизм снизился на 75 процентов при понижении температуры вдвое.

«Это падение метаболизма у медведя намного больше, чем можно было ожидать», — сказал Хеллер.

Медведи показали регулярный двух-семидневный график, при котором их температура опускалась от 2 до 6 градусов C, а затем они дрожали, чтобы снова подняться, как выяснили исследователи. Самая низкая зарегистрированная температура тела у испытуемых составляла 30,4 градуса по Цельсию.

Это намного теплее, чем у маленьких спящих людей, сказал Хеллер, температура тела которых может опускаться почти до нуля, хотя нейронные сети в их мозгу в результате сжимаются, и их приходится восстанавливать во время периодических пробуждений. По словам Хеллера, медведи могут избежать этого ущерба.

«Одно из объяснений состоит в том, что медведям не нужно [понижать температуру так сильно, как мелким млекопитающим], потому что они способны накапливать столько энергии, как жир, будучи большими и имея низкое отношение поверхности к объему, «Сказал Хеллер.(Чем больше площадь поверхности подвергается воздействию элементов, тем больше выделяется тепла и, следовательно, тем тяжелее тело должно работать, чтобы поддерживать здоровую температуру.)

В качестве дополнительного подтверждения того, что метаболизм медведя регулируется чем-то помимо температуры, исследователи обнаружили, что после спячка, когда температура тела была нормальной, метаболизм оставался примерно вдвое быстрее. Прошло две-три недели после того, как медведи проснулись, прежде чем метаболизм достиг нормального уровня.

Замечательный регламент

Самым запоминающимся моментом исследования, по словам Хеллера, было то, что видеокамеры исследователей засняли одну из рожающих медведиц.Медведи рожают в феврале, во время спячки, а потомство выкармливают и растут, пока мама-медведица не просыпается. К сожалению, медвежонок, родившийся во время исследования, умер от врожденного порока. Но исследователи смогли заметить, что мать вообще не понижала температуру своего тела до родов, предполагая, что тепло важно для развития медвежонка.

Из-за того, что они «доставляли неудобства», медведи были умерщвлены после исследования. Ученые взяли образцы тканей медведей для будущих исследований химического состава тела животных.

У исследователей нет твердых планов повторить исследование с другими медведями, но Барнс из Университета Аляски сказал журналистам, что было бы интересно проследить за спячкой более крупного кузена черного медведя, гризли или бурого медведя.

«Заманчиво предположить, что по мере того, как вы увеличиваете массу, эти животные имеют более низкие показатели потери тепла … что они могут впадать в спячку даже при более низких температурах», — сказал Барнс, добавив, что размер гризли может оказаться проблемой: Нам понадобится коробка побольше.»

Вы можете следить за LiveScience Старшим писателем Стефани Паппас в Twitter @sipappas.

Температура поверхности тела черных медведей в спячке может быть связана с периодической мышечной активностью | Журнал маммологии

Аннотация

Датчики температуры были размещены в брюшной полости, на шее и за пределами берлог 5 зимующих черных медведей ( Ursus americanus ) в начале зимы и сняты в конце зимы перед выходом медведей из нор.Медведи не выходили из оцепенения на протяжении всего зимнего периода испытаний. Температура брюшной полости оставалась в пределах 1,5 ° C и, по-видимому, не проявляла циркадной ритмичности. Однако температура поверхности шеи медведей повышалась от 2 до 30 ° C примерно 4 раза в день. Взрослые студенты, носящие те же датчики на шее, что и медведи, демонстрировали аналогичные всплески температуры поверхности тела при интенсивных тренировках на холоде. Мы предлагаем, чтобы медведи участвовали в приступах мышечной активности в период зимнего выгула, что может привести к сохранению мышечной силы без повышения температуры тела и выхода из оцепенения.

Спячка мелких млекопитающих включает глубокое оцепенение с температурой тела, близкой или даже ниже нуля, и периодические возбуждения, частота которых варьируется в зависимости от размера тела и времени зимы (Barnes 1989; Wassmer and Wollnik 1997; Wilz and Heldmaier 2000). Спящие медведи отличаются тем, что они входят в неглубокое оцепенение с понижением температуры тела всего на 5–7 ° C ниже активного уровня 38 ° C (Craighead et al. 1976; Folk 1967; Hissa 1997; Hissa et al. 1994; Watt et al.1981) и, как полагают, не участвуют в приступах возбуждения (Hissa et al. 1994; Nelson 1980; Nelson et al. 1973). Однако профиль температуры тела медведей, находящихся на свободном выгуле в естественных зимних берлогах, не был хорошо документирован; таким образом, неизвестно, поддерживают ли медведи, находящиеся в естественной спячке, гипотермию в течение зимы без периодов повышенной активности и связанной с этим выработки тепла.

Также неизвестно, проявляют ли медведи, живущие на свободе, циркадный ритм температуры тела, который свободно колеблется в полной темноте, типичной для берлог.Для некоторых приспособленных к гибернации циркадные системы могут позволять выражать температурные ритмы даже при низких температурах тела (Koertner and Geiser 2000). Циркадные температурные циклы тела, которые сохраняются у мелких млекопитающих во время глубокой спячки, могут быть вовлечены во время периодического возбуждения от оцепенения (Grahn et al. 1994). Можно ли ожидать найти такой цикл у медведей, которые, как считается, не испытывают периодического возбуждения до эвтермического состояния? При исследовании находящегося в неволе бурого медведя в спячке Hissa et al. (1994) выявили суточное изменение температуры тела, но не могли исключить, что оно было вызвано ежедневными внешними нарушениями. Две цели нашего исследования заключались в том, чтобы определить, демонстрируют ли естественные медведи дневные температурные профили и пробуждаются ли они зимой.

Возбуждение от оцепенения у мелких млекопитающих связано с энергичной мышечной активностью в сочетании с неподвижным термогенезом. Эта мышечная активность может привести к уменьшению потери структуры скелетных мышц (Wickler et al.1991). Однако, если медведи не испытывают периодических приступов возбуждения и мышечная активность минимальна в течение зимнего периода выгула, можно ожидать потери мышечной силы, аналогичной атрофии, которая возникает при неиспользовании мышц у людей (Hortobagyi et al.2000; Widrick et al. 1998). Напротив, недавние исследования показали, что медведи при длительном содержании в берлогах не теряют целостности скелетных мышц (Tinker et al. 1998) и силы (Harlow et al. 2001), предсказанные для животных, испытывающих аналогичные периоды стресса. бездействие.Мы предполагаем, что медведи проявляют мышечную активность во время зимнего выгула, что может помочь в поддержании силы без повышения температуры тела выше уровня оцепенения. Если медведи сохраняют тепло от сокращений скелетных мышц, то его следует измерять по изменению внутренней температуры тела. Если он рассеивается в виде трансэпителиального потока, его следует измерить как изменение температуры кожи или шерсти. Дополнительная цель нашего исследования состоит в том, чтобы измерить глубинную температуру ядра и поверхности зимующих медведей, а также температуру окружающей среды возле берлоги, чтобы определить судьбу выделяемого тепла и оценить уровень активности, проявляемой зимующими медведями в их естественной зимней среде.

Материалы и методы

Взрослые медведи, Ursus americanus , ( n = 5) были отловлены в тканые металлические клетки-ловушки (2 × 1,5 × 1,5 м) и снабжены радиотелеметрическими ошейниками (диапазон 150–160 МГц; Advanced Telemetry Systems, Исанти, Мичиган. ) летом 1998 г. в районе Мидл-Парк в Колорадо к юго-западу от континентального водораздела (40 ° 02′30 ″ с.ш., 105 ° 55′30 ″ з.д.) и в горах Снежного хребта на юго-западе Вайоминга (41 ° H′09 ″ с.ш. , 106 ° 08′00 ″ з.д.). Мы выслеживали этих медведей до их берлог на снегоступах в ноябре и снова, начиная с конца февраля 1998–1999 гг.Лунки были раскрыты и введены так, чтобы медведей можно было анестезировать телазолом (7,0 мг / кг; Fort Dodge Animal Health, Fort Dodge, Iowa), вводимым с помощью пружинно-активируемой палочки для укола (Машинный цех Колледжа искусств и наук, Университет Вайоминга, США). Ларами, Вайоминг). Под наркозом медведей вынимали из берлоги, помещали на сухую надувную подушку и накрывали шерстяным одеялом. Был сделан разрез брюшной полости 3 см по белой линии и стерильный логгер температуры (точность ± 0,2 ° C, время отклика 2 мин, 0.Разрешение 16 ° C; StowAway Tidbit, Onset, Pocasset, Massachusetts) вшивали в мышечную стенку брюшной полости нерастворимым швом из псевдомонофиламентов 0. Разрез закрыли изнутри нерастворимым раствором Maxon 00 (United States Surgical, Norwalk, Conneticut) и снаружи нерастворимым Novafil 00 (United States Surgical).

Второй регистратор температуры был плотно вставлен в блок из пенополистирола (4 × 4 см) и прикреплен к следящему воротнику медведя так, чтобы полоска термопары регистратора лежала близко к меху для контроля температуры поверхности шеи.Регистраторы данных были запрограммированы на регистрацию и сохранение температуры каждые 10 минут. Медведей вернули в их берлоги, а входы были засыпаны сосновыми сучьями и снегом. Предварительные исследования показали, что термометры, размещенные в берлогах, были уничтожены местными медведями. В результате, регистраторы температуры были прикреплены к деревьям в непосредственной близости от берлоги (без прямого солнечного света), чтобы обеспечить дневной профиль температуры воздуха. Один регистратор температуры окружающей среды использовался совместно тремя медведями (медведи 1, 2 и 4) из-за общей близости их берлог.

Медведи были повторно посещены и подвергнуты анестезии, начиная с конца февраля, чтобы снять регистраторы температуры с шеи и живота и извлечь регистраторы температуры окружающей среды. Данные с 3 логгеров температуры для каждого медведя загружали в программу Onset BoxCar Pro 4.0 (Onset, Покассет, Массачусетс) и графически отображали в Excel (Microsoft Corp., 1985–2001, Редмонд, Вашингтон). Пики температуры кожи выше исходного уровня визуально определялись в таблицах данных.Эти пики называются всплесками температуры и классифицируются как высокая амплитуда (10–30 ° C), средняя амплитуда (5–10 ° C) или низкая амплитуда (<5 ° C). Чтобы идентифицировать наличие ритмических изменений в температурах, пики были дополнительно определены как температуры> 1,5 интерквартильных диапазонов выше сглаженного тренда ряда (Hoaglin et al. 1983). Мы использовали 144-точечное скользящее среднее (записи делались каждые 10 минут в течение 24 часов), чтобы обозначить сглаженный тренд. Минимальные значения в течение этих интервалов использовались для установления базовой линии, превышение которой квалифицируется как всплеск температуры. Затем наличие суточных моделей температуры окружающего воздуха, тела и ошейника медведей было проверено с помощью спектрального анализа (программное обеспечение Proc Spectra, SAS 8.2, SAS Institute Inc., Кэри, Северная Каролина). Наличие коррелятивного влияния внешней температуры на температуру ошейника и внутреннюю температуру медведей было проверено с помощью авторегрессионной регрессии ошибок 2-го порядка (Proc Autoreg, SAS 8.2, SAS Institute Inc.). Максимальные изменения температуры кожи и окружающей среды сравнивали с помощью парного теста t .Подробно проанализированы данные по 5 медведям в феврале, который представляет собой период зимней спячки. Температуры представлены как средние значения ± 1 SE .

Эксперимент также был проведен на студентах-добровольцах, чтобы лучше понять причину и величину изменений, наблюдаемых в данных о температуре поверхности, регистрируемых регистраторами шейных воротников, которые носят медведи. Шесть взрослых студентов-мужчин, одетых в зимнюю изолирующую одежду, были оснащены такими же ошейниками и прикрепленными датчиками температуры, которые были сняты с медведей. Между кожей каждого добровольца и внутренней стороной воротника помещали хлопчатобумажную ткань толщиной около 5 см, чтобы имитировать изолирующий слой жира и меха медведя. Каждый доброволец оставался в сидячем положении в течение 2 часов на холоде, чтобы имитировать условия логова (от -5 до + 5 ° C). Затем добровольцы ехали на велотренажере в течение 20 минут, а затем возвращались в неактивное положение еще на 2 часа, все при моделируемых температурах в логове. Затем регистраторы температуры были сняты с воротников и загружены. График изменения температуры строился в зависимости от времени отдыха, активности и восстановления.Температурные изменения, наблюдаемые студентами-добровольцами во время одиночных периодов активности, сравнивались с температурными изменениями зимующих медведей. Все процедуры были проанализированы, и было установлено, что они соответствуют требованиям Отдела дикой природы Университета Вайоминга и Колорадо, а также Руководства Комитета по уходу и использованию животных Американского общества маммологов (ASM) (1998) и соответствуют Кодексу федеральных правил (CFR). для защиты людей.

Результаты

После того, как медведи вошли в оцепенение, характеризующееся падением температуры тела ниже 37 ° C, они оставались в этом состоянии на протяжении всего периода наблюдения без возбуждения до эвтермического состояния (рис.1). Температура тела этих медведей оставалась стабильной в диапазоне 1,5 ° C на протяжении периода мониторинга с декабря по конец февраля. Два медведя поддерживали внутреннюю температуру тела 33,6 и 33,9 ° C (рис. 2a и 2b), 2 других — 35,5 и 34,1 ° C (рис. 2c и 2d), а 1 — 36,9 ° C (рис. 2e; все средние ± SE ) в период наблюдения в середине зимы. Спектральный анализ не выявил суточного ритма изменения температуры тела ни у одного из медведей в этот период. Однако температуры окружающей среды показали ожидаемые спектры с преобладающими частотами, соответствующими 1 суткам (144 наблюдения).Дневные высокие температуры (0–5 ° C) наблюдались примерно в 11:30, а низкие (от –15 до –20 ° C) в ночное время — примерно в 02:00 в период мониторинга в середине зимы (рис. 2).

Рис. 1

Температуры, регистрируемые каждые 10 минут регистраторами данных, расположенными на дорсальной поверхности шеи (температура поверхности) и в брюшной полости (температура тела) свободно обитающего в спячке черного медведя 4 (Ursus americanus) в период с декабря по март .

Рис. 1

Температуры, регистрируемые каждые 10 минут регистраторами данных, расположенными на дорсальной поверхности шеи (температура поверхности) и в брюшной полости (температура тела) находящегося на свободе зимующего черного медведя 4 (Ursus americanus) в течение декабря — Марш.

Рис. 2

Температуры, регистрируемые каждые 10 минут регистраторами данных, расположенными на дорсальной поверхности шеи (температура поверхности), в брюшной полости (температура тела) и вне берлоги (внешняя температура) 5 зимующих на свободе черных медведей ( Ursus americanus; a – e для медведей 1–5 соответственно) в течение 1–19 февраля.

Рис. 2

Температуры, регистрируемые каждые 10 минут с помощью логгеров, расположенных на дорсальной поверхности шеи (температура поверхности), в брюшной полости (температура тела) и за пределами берлоги (внешняя температура) 5 свободно спящих медведей. (Ursus americanus; a – e для медведей 1–5 соответственно) в течение 1–19 февраля.

Не было обнаружено явной взаимосвязи между временем суток и резкими скачками температуры кожи (рис. 2 и 3). Среди 5 медведей не было выявлено последовательной закономерности. Изменения температуры кожи (за 10-минутный период) были намного больше, чем изменения температуры окружающей среды (рис.2 и 3), с большим увеличением ( t = 2,85, df = 4, P = 0,046) и уменьшением. ( t = 4,50, df = 4, P = 0,01). Ни в одном из 5 случаев не было показано, что температура окружающей среды является значимым предиктором температуры кожи (рис.2 и 3) при использовании модели авторегрессии 2-го порядка ( t = 1,02, P = 0,82; t = 1,33, P = 0,18; t = 0,88, P = 0,38; t = 0,05, P = 0,96; t = 1,75, P = 0,08; все df = 2, 820, для 5 медведей соответственно). Ежедневно наблюдались приступы повышения температуры кожи на 4,1 ± 0,1, половина из которых была либо с высокой амплитудой (10–30 ° C), либо со средней амплитудой (5–10 ° C), а остальные — с низкой амплитудой ( Таблица 1).Эти всплески варьировались по продолжительности от 2 до 6 часов. Температура поверхности 3 медведей (медведи 1, 3 и 4) в нескольких случаях достигала или превышала внутреннюю температуру их тела (рис. 1, 2c и 2d). Логово не было расположено в местах длительного пребывания под прямыми солнечными лучами; таким образом, возникновение повышенной температуры кожи не коррелировало с солнечным излучением.

Рис. 3

Температуры, регистрируемые каждые 10 минут регистраторами данных, расположенными на дорсальной поверхности шеи (температура поверхности) и в брюшной полости (температура тела) свободно обитающего в спячке черного медведя 1 в течение 4 дней в начале февраля.Температуры тела и поверхности выражены в различных шкалах, чтобы продемонстрировать отсутствие взаимодействия.

Рис. 3

Температуры, регистрируемые каждые 10 минут регистраторами данных, расположенными на дорсальной поверхности шеи (температура поверхности) и в брюшной полости (температура тела) свободно обитающего в спячке черного медведя 1 в течение 4 дней в начале февраля. Температуры тела и поверхности выражены в различных шкалах, чтобы продемонстрировать отсутствие взаимодействия.

Датчики на шее, снятые с медведей и помещенные на студентов-добровольцев, регистрировали температуру поверхности, превышающую исходную, когда испытуемые занимались на велотренажере.Наклон и амплитуда этих температурных профилей были аналогичны профилям медведей в зимних берлогах (рис. 4).

Рис. 4

a) Типичный профиль температуры поверхности человека, выполняющего упражнения в течение 20 минут на велотренажере с последующим 4-часовым отдыхом, b) Одиночный всплеск температуры, зарегистрированный у спящего медведя 4 7 февраля (из рис. 2d ). Температуру человека регистрировали с помощью того же ошейника, который носил медведь на рис. 1а, и при такой же температуре окружающей среды (от -5 до -10 ° C), как и у медведя в спячке.

Рис. 4

a) Типичный профиль температуры поверхности человека, тренирующегося в течение 20 минут на велотренажере с последующим 4-часовым отдыхом, b) Одиночный всплеск температуры, зарегистрированный у спящего медведя 4 7 февраля (из Рис. 2г). Температуру человека регистрировали с помощью того же ошейника, который носил медведь на рис. 1а, и при такой же температуре окружающей среды (от -5 до -10 ° C), как и у медведя в спячке.

Таблица 1

Ежедневные всплески температуры поверхности в феврале для 5 зимующих в свободном выгуле черных медведей ( Ursus americanus ).Температуру регистрировали каждые 10 мин логгерами, расположенными на спинной поверхности шеи медведей. Скачки температуры подразделяются на низкие (2–5 ° C), средние (5–10 ° C) или большие (10–20 ° C) отклонения температуры поверхности от базовой температуры, установленной на основе 144-точечного скользящего среднего значения минимальные значения.

Величина скачков температуры .	Резкие скачки температуры / день .
	Медведь 1 .	Медведь 2 .	Медведь 3 .	Медведь 4 .	Медведь 5 .	X ± SD .
Низкое	2,5 ± 0,3	3,1 ± 0,3	1,1 ± 0,3	1,8 ± 0,3	4,1 ± 0,3	2,5 ± 0,2
Среднее	0,7 ± 0,2 0,7 ± 0,3	1.1 ± 0,3	2,4 ± 0,3	0,05 ± 0,01	1,0 ± 0,1
Большой	0,5 ± 0,2	0,2 ± 0,1	2,5 ± 0,3	0,3 ± 0,1	0,0 ± 0,0	0,7 ± 0,1
Всего всплесков в день	3,6 ± 0,2	4,0 ± 0,2	4,7 ± 0,2	4,4 ± 1,0	4,1 ± 0,1	4,1 ± 0,1

Величина скачков температуры .	Резкие скачки температуры / день .
	Медведь 1 .	Медведь 2 .	Медведь 3 .	Медведь 4 .	Медведь 5 .	X ± SD .
Низкий	2,5 ± 0,3	3,1 ± 0,3	1,1 ± 0,3	1,8 ± 0,3	4,1 ± 0,3	2.5 ± 0,2
Средний	0,7 ± 0,2	0,7 ± 0,3	1,1 ± 0,3	2,4 ± 0,3	0,05 ± 0,01	1,0 ± 0,1
Большой	0,5 ± 0,2	0,2 ± 0,1	2,5 ± 0,3	0,3 ± 0,1	0,0 ± 0,0	0,7 ± 0,1
Всего всплесков в день	3,6 ± 0,2	4,0 ± 0,2	4,7 ± 0,2	4,4 ± 1.0	4,1 ± 0,1	4,1 ± 0,1

Таблица 1

Суточные всплески температуры поверхности в течение февраля у 5 зимующих на свободе черных медведей ( Ursus americanus ). Температуру регистрировали каждые 10 мин логгерами, расположенными на спинной поверхности шеи медведей. Скачки температуры подразделяются на низкие (2–5 ° C), средние (5–10 ° C) или большие (10–20 ° C) отклонения температуры поверхности от базовой температуры, установленной на основе 144-точечного скользящего среднего значения минимальные значения.

Величина скачков температуры .	Резкие скачки температуры / день .
	Медведь 1 .	Медведь 2 .	Медведь 3 .	Медведь 4 .	Медведь 5 .	X ± SD .
Низкое	2,5 ± 0,3	3,1 ± 0.3	1,1 ± 0,3	1,8 ± 0,3	4,1 ± 0,3	2,5 ± 0,2
Средний	0,7 ± 0,2	0,7 ± 0,3	1,1 ± 0,3	2,4 ± 0,3	. 05 ± 0,01	1,0 ± 0,1
Большой	0,5 ± 0,2	0,2 ± 0,1	2,5 ± 0,3	0,3 ± 0,1	0,0 ± 0,0	0,7 ± 0,1
Всего пиков в день	3.6 ± 0,2	4,0 ± 0,2	4,7 ± 0,2	4,4 ± 1,0	4,1 ± 0,1	4,1 ± 0,1

Величина скачков температуры .	Резкие скачки температуры / день .
	Медведь 1 .	Медведь 2 .	Медведь 3 .	Медведь 4 .	Медведь 5 .	X ± SD .
Низкое	2,5 ± 0,3	3,1 ± 0,3	1,1 ± 0,3	1,8 ± 0,3	4,1 ± 0,3	2,5 ± 0,2
Среднее	0,7 ± 0,2 0,7 ± 0,3	1,1 ± 0,3	2,4 ± 0,3	0,05 ± 0,01	1,0 ± 0,1
Большой	0,5 ± 0,2	0,2 ± 0.1	2,5 ± 0,3	0,3 ± 0,1	0,0 ± 0,0	0,7 ± 0,1
Всего всплесков в день	3,6 ± 0,2	4,0 ± 0,2	4,7 ± 0,2	4,4 ± 1,0	4,1 ± 0,1	4,1 ± 0,1

Обсуждение

Никакие предыдущие исследования не отслеживали внутреннюю температуру тела медведей в их естественных берлогах в течение зимнего сезона, чтобы определить, является ли оцепенение постоянным или имеют место свободные циркадные температурные ритмы.Степень понижения температуры (4–5 ° C) ниже их активной температуры тела (38 ° C) у 5 свободноживущих медведей в настоящем исследовании была аналогична той, о которой сообщалось для медведей, находящихся в неволе, спящих в спячке (Hissa 1997; Hissa et al. 1994) без пробуждений к эвтермическому состоянию. В исследовании Hissa et al. (1994), у одного содержащегося в неволе зимующего бурого медведя ( Ursus arctos arctos ) суточная температура тела колебалась на 0,3–1,2 ° C с ритмом около 24 часов. Более высокая температура тела этого медведя была в полдень (1200–1600 ч) и сопровождалась учащением движений тела.Однако они могли быть обнаружены персоналом, работающим поблизости в то время суток (Hissa et al. 1994). Таким образом, кажущиеся ритмы могли быть вызваны внешними сигналами и, следовательно, не были действительно циркадными. Колебания суточной температуры ядра в масштабе тех, о которых сообщают Hissa et al. (1994) находятся в пределах чувствительности (0,2 ° C) наших логгеров и, несомненно, были бы обнаружены, если бы они были выражены. В настоящем исследовании температура брюшной полости 5 медведей в спячке в их естественных берлогах оставалась относительно постоянной без дневного цикла.

Отсутствие ритмических колебаний внутренней температуры не обязательно отражает отсутствие мышечной активности у этих свободно живущих медведей в спячке. Мы считаем, что изменения температуры, регистрируемые датчиком ошейника, представляют собой потерю лучистого тепла через кожу и мех, вызванное сокращением мышц. Это подтверждается несколькими наблюдениями. Например, многочисленные пики температуры кожи каждый день не соответствуют изменениям температуры окружающего воздуха, которая достигает пика только один раз в полдень.Кроме того, из-за расположения регистраторов температуры на задней части шеи медведей кажется маловероятным, что изменения температуры регистратора температуры ошейника являются результатом изменений положения тела, которые могут привести к тому, что датчик будет более полностью покрыт мехом или более обнажен. Ошейники были отрегулированы так, чтобы плотно прилегать к шее, что позволяло держать датчики на постоянном расстоянии от меха и кожи. Примерно в 12 случаях температура ошейника-регистратора у 3 медведей была такой же или выше, чем внутренняя температура тела, что было бы невозможно, если бы колебания температуры ошейника были просто результатом близости датчика к поверхности тела.Одна медведица делила берлогу с годовалыми; таким образом, возможно, что тесный контакт между медведями может изменить температурные градиенты и повлиять на профиль температуры кожи этого медведя. Однако остальные 4 медведя, у которых также наблюдались всплески температуры, были одиночками.

Было показано, что мелкие млекопитающие, находящиеся в спячке, регулярно повышают метаболизм во время гипотермической фазы и тем самым предотвращают падение температуры тела ниже определенного заданного значения температуры (Heller and Colliver 1974). Мы считаем, что всплески температуры поверхности наших медведей в спячке могут быть связаны с аналогичными приступами повышенного метаболизма, связанного с сокращением скелетных мышц, которое необходимо для сохранения мышечной силы.Избыточное тепло, которое генерируется таким образом, может рассеиваться по коже за счет сопутствующего расширения сосудов. Это подтверждается изучением наших данных от студентов-добровольцев. Когда те же ошейники, которые носили медведи, плотно прилегали к шее учеников, датчик ошейника регистрировал реакцию температуры поверхности, аналогичную той, что наблюдалась у медведей, когда ученики выполняли физическую активность на морозе. Хотя изоляция прокладки из хлопчатобумажной ткани у студентов не была идентична меху медведя, увеличение температуры, зарегистрированное датчиком ошейника, демонстрирует, что периферические потери тепла происходят через пограничные слои с таким же временем задержки и амплитудой у людей, как и у медведей. .Это убедительно свидетельствует о том, что изменение температуры поверхности, которое мы наблюдали у медведей, является результатом мышечной активности и периферической потери тепла. Этим можно объяснить всплески температуры поверхности, превышающие температуру ядра тела. Бездействие приводит к атрофии скелетных мышц у людей (Anderson et al. 1999) с уменьшением количества и размера мышечных волокон, уменьшением соотношения медленных окислительных и быстрых гликолитических волокон и снижением содержания миофибриллярного белка (Grinspoon et al. 1999; Leblanc et al.1992; Nicks et al. 1989). Эти изменения приводят как к потере мышечного тонуса, так и к снижению силы в конце исследования (Grinspoon et al. 1999; Hortobagyi et al. 2000). Черный медведь — парадокс. Примечательно, что в естественных зимних условиях длительного голодания и содержания медведи демонстрируют лишь незначительное снижение содержания мышечного белка и сохраняют морфологию мышечных волокон (Tinker et al. 1998). На основании показателей потери силы, зарегистрированных у неактивных людей и лабораторных животных (Berg et al.1997), медведи после длительного зимнего бездействия должны потерять около 80% силы скелетных мышц и проявить серьезное нарушение двигательной способности. Вместо этого медведи теряют <25% своей силы и очень подвижны, когда их тревожат зимой (Harlow et al. 2001). Чтобы сохранить целостность типа волокон и сохранить силу мышц, в течение зимнего периода дентинга потребуется определенная мышечная активность в форме произвольных сокращений и изометрической стимуляции между антагонистическими мышцами и непроизвольными дрожащими сокращениями.Исследование наших данных о колебаниях температуры поверхности подтверждает эту идею. Мы предлагаем медведям ежедневно проявлять 3 или 4 приступа активности скелетных мышц, что приводит к поддержанию структурного устройства мышц, необходимого для сохранения силы. Тепло, производимое сокращениями, вместо повышения температуры тела и стимуляции возбуждения, по-видимому, рассеивается по коже. Чтобы дополнительно оценить частоту и продолжительность мышечной активности зимой, мы имплантируем подкожные регистраторы данных электромиограммы медведям, находящимся в спячке.Предварительные результаты предполагают корреляцию между частотой сердечных сокращений, частотой дыхания и мышечной активностью в периоды повышенной температуры поверхности.

Беспрецедентная стратегия поверхностного оцепенения с эпизодической мышечной активностью, по-видимому, способствует поддержанию относительной мышечной силы и отзывчивости. Эти 2 характеристики могут позволить медведям более легко реагировать на внешние помехи. Это может иметь жизненно важное значение, потому что размер медведя часто не позволяет полностью укрыться, что характерно для маленьких зимующих особей, таких как суслики (Linnel et al.2000).

Благодарности

Поддержка была предоставлена ​​Национальным научным фондом (EPS 9514105), Консорциумом космических грантов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства штата Вайоминг и Колорадским отделом дикой природы. Обращение с животными проводилось в соответствии с руководящими принципами ASM (Комитет по уходу и использованию животных, 1998 г.). Мы хотели бы выразить нашу признательность Департаменту охоты и рыбы штата Вайоминг за их поддержку в ходе этого проекта, а также К. Кейси и персоналу Bear Country USA за помощь в проведении предварительных исследований содержащихся в неволе медведей.Особая благодарность L. Willmarth, M. Hooker и C. Jamison за их вклад как в полевые, так и в лабораторные аспекты этого исследования.

Цитированная литература

.

1999

.

Постельный режим увеличивает количество несовпадающих волокон в скелетных мышцах человека

.

Журнал прикладной физиологии

86

:

455

—

460

.

Уход за животными, Комитет по использованию

.

1998

.

Руководство по отлову, обращению с млекопитающими и уходу за ними, одобренное Американским обществом маммологов

.

Маммологический журнал

79

:

1416

—

1431

.

1989

.

Предотвращение замораживания у млекопитающих: температура тела ниже 0 ° C в арктической спячке

.

Наука

244

:

1593

—

1595

.

.

1997

.

Функция скелетных мышц нижних конечностей после 6 недель постельного режима

.

Журнал прикладной физиологии

82

:

182

—

188

.

.

1976

.

Телеметрические эксперименты с черными медведями в спячке

. Стр.

357

—

371

в

Медведях — их биология и менеджмент

(, ред.).

Международный союз охраны природы и природных ресурсов

,

Морж, Швейцария

.

1967

.

Физиологические наблюдения за субарктическими медведями в условиях зимней берлоги

. Pp,

75

—

85

в

Спячка млекопитающих III

(, ред.).

American Elsevier Publishing Company, Inc.

,

Нью-Йорк

.

.

1994

.

Сохранение суточной ритмичности у зимующих сусликов

.

Американский журнал физиологии

266

:

R1251

—

R1258

.

et al. .

1999

.

Количественная оценка площади поперечного сечения мышц, функционального состояния и силы мышц у мужчин с синдромом истощения при синдроме приобретенного иммунодефицита

.

Журнал клинической эндокринологии и метаболизма

84

:

201

—

206

.

.

2001

.

Сила мышц у зимующих медведей

.

Природа

409

:

997

.

.

1974

.

ЦНС регуляция температуры тела во время спячки

.

Американский журнал физиологии

227

:

583

—

589

.

1997

.

Физиология европейского бурого медведя ( Ursus arctos arctos )

.

Annales Zoologici Fennici

34

:

267

—

287

.

.

1994

.

Сезонные закономерности физиологии европейского бурого медведя ( Ursus arctos arctos ) в Финляндии

.

Сравнительная биохимия и физиология, A. Сенсорная, нервная и поведенческая физиология

109

:

781

—

791

.

.

1983

.

Понимание надежного и исследовательского анализа данных

.

Wiley

,

Нью-Йорк

.

et al. .

2000

.

Изменения силы мышц, размера мышечных волокон и экспрессии миофибриллярных генов у людей после иммобилизации и переподготовки

.

Журнал физиологии

524

:

293

—

304

.

.

2000

.

Временная организация суточного оцепенения и гибернации: циркадные и околгодовые ритмы

.

Chronobiology International

17

:

103

—

128

.

.

1992

.

Региональные изменения мышечной массы после 17 недель постельного режима

.

Журнал прикладной физиологии

73

:

2172

—

2178

.

.

2000

.

Насколько уязвимы берговые медведи для беспокойства?

Бюллетень Общества дикой природы

28

:

400

—

413

.

1980

.

Белковый и жировой обмен у медведей в спячке

.

Federation Proceedings

39

:

2955

—

2958

.

.

1973

.

Метаболизм медведей до, во время и после зимнего сна

.

Американский журнал физиологии

224

:

491

—

496

.

.

1989

.

Размер и количество мышечных волокон после иммобилизационной атрофии

.

Анатомический журнал

163

:

1

—

5

.

.

1998

.

Использование белка и изменения мышечных волокон у свободно живущих в спячке черных медведей

.

Физиологическая зоология

71

:

414

—

424

.

.

1997

.

Время наступления оцепенения во время спячки у европейских хомячков ( Cricetus circetus L.)

.

Журнал сравнительной физиологии, B. Биохимическая, систематическая и экологическая физиология

167

:

270

—

274

.

.

1981

.

Спячка млекопитающих и потребление кислорода черным медведем ( Ursus americanas )

.

Сравнительная биохимия и физиология, A. Сенсорная, нервная и поведенческая физиология

69

:

121

—

123

.

.

1991

.

Атрофия неиспользования у зимующего золотопеленого суслика, Spermophilus lateralis

.

Американский журнал физиологии

261

:

R1214

—

R1217

.

et al. .

1998

.

Взаимоотношения сила-скорость-мощность и сила-pCa волокон камбаловидной мышцы человека после 17 дней постельного режима

.

Журнал прикладной физиологии

85

:

1949

—

1956

.

.

2000

.

Сравнение зимней спячки, активации и ежедневного оцепенения у съедобной сони, Glis glis

.

Журнал сравнительной физиологии, B. Биохимическая, систематическая и экологическая физиология

170

:

511

—

521

.

Заметки автора

© 2004 Американское общество маммологов

Спячка черного медведя

Зима — тяжелое время для большинства млекопитающих.Еды не хватает, воют ледяные ветры, выпадает снег и держатся сильные морозы, по крайней мере здесь, во внутренних районах Аляски. Для некоторых млекопитающих стратегия, разработанная для того, чтобы справиться с этим суровым сезоном, — это спячка. Среди зимовщиков у черных медведей очень хорошая выживаемость в обычную зиму. Спячка — это механизм, который черные медведи используют для сохранения энергии и уменьшения внутреннего огня обмена веществ. Долгое время люди думали, что медведи всю зиму спят в уютных берлогах, а весной выходят полностью заряженными.

Однако спячка — это далеко не долгий непрерывный сон, она состоит из периодов сна, перемежающихся периодами возбуждения. В разгар зимы время сна длится долго, но меньше в начале и в конце сезона. Чтобы подготовиться к этому долгому сезону, черные медведи с середины лета до конца осени жадно кормятся, собирая до 20 тысяч калорий в день. Здесь, в интерьере, черника, богатая углеводами, вносит значительную часть в это потребление калорий. Медведи всеядны и тоже едят мясо, включая сусликов, карион и все, что они могут найти.К концу осени черный медведь прибавит около 4-5 дюймов жира и более чем вдвое увеличит изоляцию, обеспечиваемую его шкурой.

Когда медведь впадает в спячку, его метаболические процессы, такие как температура тела, частота сердечных сокращений и частота дыхания, снижаются. Но медведи не понижают температуру тела так сильно, как думали раньше. Температура их гибернации составляет около 88 градусов, а температура бодрствования — 100 градусов по Фаренгейту. Эта относительно высокая температура сна позволяет черным медведям полностью насторожиться в случае возбуждения, возможно, для того, чтобы медведь мог защитить себя от хищников и других опасностей без излишней нагрузки на их запасы энергии.Считается, что в течение сезона спячки черные медведи потребляют около 4 тысяч калорий в день, что приводит к потере веса около 20 процентов своей массы тела к весне.

Когда приходит время в берлоге, черные медведи не возвращаются в одно и то же место каждый год, и размер логова относительно невелик для размера животного. Кроме того, норы обычно всего на несколько градусов теплее почвы, поэтому основная защита медведя от холода обеспечивается изоляционными свойствами его жира и меха.Медведи входят в свои берлоги, когда их сигнализируют внутренние часы, реагирующие на продолжительность дня, региональные погодные условия и, что наиболее важно, на уменьшение запасов пищи. Почти все медведи уходят в свои берлоги к тому времени, когда в регионе идет сильный снегопад, и, как правило, остаются одинокими, за исключением самок с медвежатами.

Брачный период у черных медведей длится с мая по июль. Для развития эмбриона требуется около трех месяцев, но медвежата рождаются только в январе или феврале. Промежуток времени между оплодотворением яиц и рождением детенышей связан с задержкой имплантации яиц.После того, как яйцеклетка оплодотворена и подвергнется некоторому клеточному делению, она прекращает развитие. Этот крошечный клубок оплодотворенных клеток (называемый бластулой) остается во взвешенном состоянии в матке до осени. Если медведица смогла накормить в течение лета и находится в хорошей форме, когда впадет в спячку, бластоциста имплантируется в стенку матки, и рост продолжается до тех пор, пока не родится детеныш. У этой эмбриональной задержки несколько преимуществ для выживания. Детёнышам было бы опасно родиться в летние месяцы и подвергаться нападениям хищников.Кроме того, медведица должна набрать достаточно жира в течение лета, чтобы пережить зиму, и новорожденные детеныши могут этому помешать.

При рождении детеныши весят от половины до трех четвертей фунта, слепы, обнажены и полностью зависят от матери. Несмотря на то, что самка может спать в процессе родов, детеныши инстинктивно знают, что нужно прижаться к ней поближе, чтобы согреться, и находят ее молоко, которое составляет примерно 25% жира (женское молоко — 4% жира). Когда более длинные весенние дни сигнализируют матери и ее детенышам покинуть логово, детеныши намного более развиты и готовы к жизни, хотя они будут оставаться рядом с матерью по крайней мере еще на год.

Поскольку человеческое население продолжает расти, развитие и отдых продолжают вторгаться в места обитания диких животных. Конфликты неизбежны, однако нам пойдет на пользу научиться жить в гармонии с этими чудесными существами.

Медведи разделяют температуру и метаболизм для перехода в спячку, новое исследование показывает — ScienceDaily

Несколько американских черных медведей, пойманных Департаментом рыболовства и дичи Аляски после того, как они блуждали слишком близко к человеческим сообществам, дали исследователям возможность изучить спячку в эти большие млекопитающие, как никогда раньше.Удивительно, но новые данные показывают, что, хотя черные медведи лишь немного снижают температуру тела во время спячки, их метаболическая активность резко падает, примерно до 25 процентов от их нормальных, активных показателей.

Это открытие было неожиданным, потому что, как известно, обычно химические и биологические процессы в организме замедляются примерно на 50 процентов на каждые 10 градусов (Цельсия) падения температуры тела. У этих черных медведей с Аляски температура тела снизилась только на пять или шесть градусов, но их метаболизм замедлился до гораздо более низких показателей, чем предполагали исследователи.

Кроме того, метаболизм черных медведей оставался значительно подавленным в течение нескольких недель после того, как животные вышли из спячки.

Ойвинд Тойен и группа из Института арктической биологии Университета Аляски в Фэрбенксе вместе с коллегами из Стэнфордского университета представят свои выводы на ежегодном собрании AAAS 2011 года в Вашингтоне, округ Колумбия, 17 февраля. Их исследование также будет опубликовано в выпуске Science от 18 февраля.

Их исследование — первое, в котором постоянно измеряются скорость метаболизма и температура тела черных медведей, или Ursus americanus , когда они зимовали в естественных условиях в спячке.Медведи проводят пять-семь месяцев без еды, питья, мочеиспускания и дефекации, прежде чем они выйдут из норы в почти таком же физиологическом состоянии, в котором они были, когда они вошли в них. Этот подвиг заставляет исследователей полагать, что в будущем данные, собранные в этом исследовании, могут быть применены для очень широкого круга задач — от улучшения медицинского обслуживания до новаторских путешествий в дальний космос.

Черные, пушистые участники исследования, которых Департамент рыбы и дичи Аляски считал раздражающими медведями, были доставлены в Институт арктической биологии, где их поместили в конструкции, имитирующие берлогу медведя.Эти логова располагались в лесу, вдали от людских помех, и были оснащены инфракрасными камерами, датчиками активности и другими устройствами дистанционного зондирования. Тойен и его коллеги также имплантировали каждому медведю радиопередатчики, чтобы регистрировать температуру тела, сердцебиение и мышечную активность животных.

Наблюдая за черными медведями днем ​​и ночью в течение пяти месяцев спячки, исследователи заметили, что температура тела медведей колеблется между 30 и 36 градусами Цельсия в медленных двух-семидневных циклах.Такие большие, многодневные колебания внутренней температуры тела не похожи на те, которые наблюдались раньше у любых других спящих животных.

Одна самка черного медведя, которая была беременна во время спячки, на протяжении всей беременности поддерживала нормальную бодрствующую температуру тела — деталь, которая подразумевает, что колебания температурных циклов могут быть неблагоприятными для эмбрионального развития. После того, как она родила своего детеныша (который, к сожалению, умер из-за врожденной диафрагмальной грыжи), температура тела медведицы начала падать, и в конечном итоге она присоединилась к переменному циклу, который испытывали другие медведи, находящиеся в спячке.

«Очень важным ключом к пониманию того, что происходит с метаболизмом медведя, является температура их тела», — сказал Тойен. «Мы знали, что медведи в какой-то степени снижают температуру своего тела во время спячки, но на Аляске мы обнаружили, что эти черные медведи регулируют свою внутреннюю температуру с помощью переменных циклов в течение многих дней, что не наблюдается у более мелких гибернаторов и к которым мы не относимся. осведомленность вообще наблюдалась у млекопитающих «.

Когда температура тела медведя упала примерно до 30 градусов по Цельсию, они начали дрожать, пока температура не достигла 36 градусов по Цельсию, что часто занимало несколько дней.Затем медведи уменьшили дрожь, пока температура их тела снова не упала примерно до 30 градусов по Цельсию, и цикл начался снова.

Измеряя количество кислорода, потребляемого существами во время спячки в ложных берлогах, исследователи могли понять, что медведи снизили свой метаболизм на 75 процентов по сравнению с летним уровнем. Частота сердечных сокращений животных также снизилась с примерно 55 ударов в минуту до примерно 14 ударов в минуту.

«Синусовая аритмия — это изменение частоты сердечных сокращений относительно дыхания, и медведи демонстрируют крайнюю форму этого», — сказал Тойен.«У них почти нормальное сердцебиение, когда они делают вдох. Но между вдохами сердца медведей бьются очень медленно. Иногда между ударами бывает целых 20 секунд. Каждый раз, когда медведь делает вдох, его сердце ускоряется на некоторое время. немного меньше, чем у отдыхающего медведя летом. Когда медведь выдыхает, сердце снова замедляется… »

Весной, когда медведи проснулись и вышли из своих берлог, исследователи ожидали, что метаболизм животных сразу же вернется к нормальному уровню.Но команда снова была удивлена, обнаружив, что уровень метаболизма медведей по-прежнему составлял лишь половину от их нормального летнего уровня. Тойен и его команда продолжали наблюдать за метаболизмом медведей в течение еще одного месяца после их гибернации и определили, что медведи не возвращались к своей активной метаболической активности в течение двух-трех полных недель.

Взятые вместе, эти находки рисуют уникальную картину спячки у млекопитающего размером с человека — и исследователи надеются применить их в широком спектре дисциплин.Поскольку некоторая форма гибернации — при которой температура тела и метаболизм снижается — наблюдалась у девяти отрядов млекопитающих, вполне вероятно, что генетическая основа этой способности является древней и широко распространенной, и что ее можно использовать для различных целей. «Если бы наше исследование могло помочь, показав, как снизить уровень метаболизма и потребность в кислороде в тканях человека, можно было бы спасти людей», — сказал Тойен. «Нам просто нужно научиться включать и выключать устройства, чтобы вызывать состояния, в которых используются преимущества различных уровней гибернации.«

«Когда черные медведи выходят из спячки весной, было показано, что они не страдают от потери мышечной и костной массы и функций, которые ожидались бы у людей в течение такого длительного периода неподвижности и неиспользования», — продолжил Брайан. Барнс, старший автор исследования. «Если бы мы смогли обнаружить генетическую и молекулярную основу этой защиты и механизмов, лежащих в основе снижения метаболической потребности, мы могли бы разработать новые методы лечения и лекарства, которые можно было бы использовать на людях для предотвращения остеопороза, неиспользования атрофии мышц. или даже помещать раненых в состояние приостановки или ослабления жизнедеятельности до тех пор, пока они не будут доставлены в специализированную медицинскую помощь — продлевая золотой час до золотого дня или золотой недели.«

Спящий режим также может стать актуальным для путешествий в дальний космос, говорят исследователи. Если человеческая раса когда-либо сможет покинуть Землю как вид, возможно, потребуется вызвать медвежью спячку, чтобы сделать путешествие в глубокий космос возможным.

Конечно, для реализации этих возможностей потребуется гораздо больше исследований.

Этот отчет Tøien et al. финансировался грантом командования медицинских исследований и материально-технического обеспечения армии США, грантами Национального научного фонда, грантом Национальных институтов здравоохранения, подарочными фондами Стэнфордскому университету, Американской кардиологической ассоциации и Программе Фулбрайта.

Не только сон: все о спячке

Медведь, свернувшись клубком в большом пушистом клубе, неподвижен и молчит. Он дышит очень, очень медленно и время от времени издает очень громкий храп. Похоже, у него старый добрый сон. Фактически, он занимается чем-то другим. Он не совсем спит, но и не совсем бодрствует. Он в спячке.

Видео: спящий черный медведь (PBS NewsHour / YouTube).Просмотр сведений о видео.

Но разве спячка не просто долгий, а иногда и очень долгий сон? Ну… не совсем так. Фактически, многие животные периодически «просыпаются» от спячки, и одна из причин, по которой они это делают, может заключаться в том, чтобы наверстать время медленного сна.

Так что, если гибернация — это не сон, то что это? И почему некоторые животные впадают в спячку? Они просто предпочитают проводить зиму, спрятавшись под дуной? Они ненавидят зимние виды спорта? Или они просто ленивы? Давайте посмотрим поближе и узнаем.

Устройство энергосбережения

Несмотря на то, что со сном связаны физиологические изменения (такие как замедленное дыхание и частота сердечных сокращений), они далеко не так драматичны или значительны, как те, которые происходят во время спячки. Во время гибернации метаболизм животного значительно замедляется: его сердцебиение замедляется, оно дышит медленнее (некоторые животные даже перестают дышать более чем на час), а температура его тела падает — в некоторых крайних случаях до температуры ниже точки замерзания воды (ноль градусов) Цельсия).И здесь мы подходим к причине, по которой животные впадают в спячку: снижение метаболизма позволяет им экономить энергию.

Чтобы понять, зачем им это нужно, давайте сделаем шаг назад и посмотрим на разницу между эндотермическими и эктотермическими организмами.

Эктотермные животные — это животные, температура тела которых зависит от температуры окружающей среды. Endotherms , напротив, может регулировать температуру собственного тела, генерируя внутреннее тепло (за счет сжигания топлива).Люди эндотермы. Говоря обыденным языком, мы склонны проводить различие между «хладнокровными» животными и думать о таких вещах, как змеи и ящерицы, и «теплокровных» животных, таких как млекопитающие и птицы. Однако это различие может вводить в заблуждение, поскольку некоторые рыбы, рептилии и насекомые на самом деле полностью или частично эндотермичны.

В некотором смысле эктотермия является преимуществом: это означает, что вы не тратите энергию на регулирование температуры тела и, следовательно, не нуждаетесь в таком количестве питательных веществ.С другой стороны, эктотермия больше зависит от условий окружающей среды: например, ящерица может согреться от холода, только если приложено тепло от внешнего источника, такого как солнце. Эндотермы, напротив, могут согреваться, выделяя тепло метаболическим путем и, например, дрожа.

Но для того, чтобы эндотермы могли регулировать свою температуру, им нужно достаточно топлива для сжигания — другими словами, им нужно достаточно еды, чтобы противостоять воздействию холода. Это может быть проблемой, когда наступает морозная погода или когда не хватает еды.Итак, чтобы выжить, многие эндотермические животные впадают в состояние, известное как «оцепенение». Во время оцепенения замедляются физиологические процессы, такие как дыхание и частота сердечных сокращений. Температура тела установлена ​​на новом, более низком уровне. Животные, способные регулировать (базовую) температуру тела и метаболизм таким образом, известны как (сделайте глубокий вдох) гетеротермические эндотермы.

Рыжие лягушки каждый день впадают в состояние экономии энергии, известное как оцепенение. Источник изображения: Билл Коллисон / Flickr.

Рыжий лягушонок является примером.Известно, что самая крупная птица, имеющая оцепенение, переходит в это энергосберегающее состояние ночью или ранним утром, особенно в холодные зимние дни, между которыми она питается и функционирует как обычно. Фактически, многие птицы входят в дневное (или ночное) оцепенение, в том числе зимородки и совы, как и многие мелкие млекопитающие.

Так как это связано с гибернацией? Что ж, спячка — это, по сути, серия приступов оцепенения, каждый из которых длится по несколько дней. Гибернация отличается от ежедневного оцепенения тем, что обычно связана с гораздо более низкими температурами тела и уровнем метаболизма и часто носит сезонный характер.Кроме того, в то время как животные, которые ежедневно впадают в оцепенение, просыпаются и кормятся или кормятся обычным образом, впадающие в спячку животные питаются либо своим телом, либо специально хранимой пищей.

Кто, где, когда?

Когда мы думаем о «типичной» картине спячки, многие из нас склонны думать о медведях, прижимающихся к зиме, таких как знаменитый американский черный медведь.Как и многие другие спящие животные, они откладывают свинью в теплые месяцы, набирая до 13 кг в неделю на богатых углеводами ягодах и другой пище. Они также готовят специальное место для зимней спячки (спячку, если вы хотите получить техническую информацию) — логово, выстланное листьями и ветками. Когда наступает зима, медведи прячутся в своих берлогах и не едят, не пьют, не занимаются физическими упражнениями, не мочатся и не испражняются в течение 100 дней, просыпаясь несколько легче, но, по-видимому, от них не становится хуже.

Поклонники гибернации, однако, не согласны с тем, действительно ли медведи впадают в спячку.Во время зимнего дремоты температура тела медведя остается относительно высокой, только опускается примерно на 5 градусов по Цельсию. Они также могут передвигаться, а матери могут кормить своих детенышей грудью, что резко контрастирует с жесткими, «замороженными» телами более мелких спящих. По этой причине некоторые люди предпочитают называть это «зимним сном», а не спячкой. Тем не менее, скорость метаболизма медведей в это время сравнима с таковой у других гибернаторов; их сердечный ритм снижается до 4 ударов в минуту, а потребление кислорода снижается примерно на 75 процентов, при этом медведи делают только один или два вдоха в минуту.Это говорит о том, что у зимующих медведей происходят те же физиологические процессы, что и у зимующих животных.

Интерактивный

Кто впадает в спячку?

Проверьте свои знания или угадайте, какое из этих пяти животных впадает в спячку.

Обитающие в Америке колибри не впадают в спячку, но, как и многие другие птицы, они входят в ежедневное (или, в их случае, ночное) состояние оцепенения.Они делают это во время миграции, чтобы сэкономить энергию для следующего этапа путешествия.

Черные медведи ежегодно проводят несколько месяцев в зимней берлоге, но некоторые не считают их «настоящими» спящими. Это связано с тем, что температура их тела снижается всего на 3-5 процентов.

Знаете ли вы, что некоторые австралийские животные впадают в спячку? Ехидны есть — они встречаются по всей Австралии, в том числе в холодных австралийских Альпах.

Обитают в Соединенных Штатах и ​​Мексике, это единственные птицы, которые, как известно, впадают в спячку. Температура их тела падает с 38 градусов по Цельсию примерно до 5 градусов по Цельсию.

Мечтаете провести зиму под дуной? К сожалению, люди не могут впадать в спячку, но ученые обнаружили, что некоторые из наших близких родственников, лемуры, могут.Так что, кто знает — может быть, однажды мы сможем это сделать.

Колибри не впадают в спячку, но, как и многие другие птицы, они входят в ежедневное (или, в их случае, ночное) состояние оцепенения. Они делают это во время миграции, чтобы сэкономить энергию для следующего этапа путешествия.

Колибри

Не переходит в спящий режим

Американский черный медведь

Вид зимовки

Короткоклювая ехидна

Спящий режим

Обычная бедняжка

Спящий

Человек

Не переходит в спящий режим

Посмотреть как инфографику

Медведи не являются «типичными» спящими в другом смысле — они большие.Именно мелкие животные, такие как ежи, летучие мыши, хомяки и белки, склонны к спячке по ряду причин. Во-первых, поскольку для разогрева после спячки у крупных животных потребуется больше времени и потребуется много энергии, для них непрактично впадать в глубокое многодневное оцепенение. Во-вторых, спячка — одна из немногих стратегий выживания, доступных крошечным существам, которые не могут мигрировать, чтобы избежать смертельной погоды или найти альтернативный источник пищи. И, в-третьих, у более мелких животных более высокое соотношение площади поверхности к объему, а это означает, что они более восприимчивы к потере тепла через кожу.Если вы когда-нибудь задумывались, почему маленькие существа сворачиваются в клубок зимой, вот ваш ответ. Нет, это не для того, чтобы максимально увеличить их привлекательность, а для уменьшения площади поверхности, тем самым сводя к минимуму потери тепла.

Ладно, может, медведи и не впадают в спячку, но спячка случается зимой, в очень-очень холодных местах, верно? Правильно?

Ну, опять же, не совсем. Хотя спячка обычно носит сезонный характер, впадающие в спячку животные не всегда выскакивают на долгий сон зимой и просыпаются весной.Например, насекомоядные летучие мыши часто просыпаются от зимней спячки для кормления в теплые зимние дни, прежде чем войти в новый период многодневного оцепенения. А зимующие ехидны в австралийских Альпах обычно просыпаются в середине зимы, чтобы спариться.

Что касается действительно очень холодных мест, это правда, что многие животные действительно впадают в спячку, чтобы пережить невероятные перепады температур. Например, арктический суслик Аляски, Сибири и Канады впадает в спячку в течение семи месяцев морозной погоды, температура его тела падает почти до минус 3 градусов по Цельсию! Удивительно, но крови белок удается оставаться жидкой даже при таких экстремальных температурах.

Но спячка не ограничивается, как раньше думали, только несколькими млекопитающими и птицами в очень холодном климате, но встречается у ряда животных, живущих от арктических до тропических. К примеру, толстохвостый карликовый лемур — это зимующее тропическое млекопитающее, обитающее на западе Мадагаскара. Он впадает в спячку в течение длительного засушливого сезона, когда не хватает пищи и воды. Толстый хвост лемура предназначен не только для галочки, но и напрямую связан с его привычками к спячке: в течение восьми месяцев спячки, спрятанный в дупле дерева, лемур питается жировыми отложениями своего хвоста.Толстохвостый лемур был не просто первым тропическим млекопитающим, впадающим в спячку, но и первым известным приматом, который впал в спячку, с тех пор были обнаружены другие виды лемуров, впадающих в спячку.

• Зимующие сони: съедобные и невероятные

  Быть съедобной соней непросто. Римляне откармливали их в кувшинах и ели как вкусную закуску — отсюда и «съедобная» часть их названия. Хотя в наши дни съедание римлянами — не такая уж большая проблема для съедобного соня, его поедают хищные птицы.Тем не менее, что удивительно, этим европейским млекопитающим удается дожить до преклонного возраста — до девяти лет — очень долгий срок для маленького грызуна. Как они справляются с такой замечательной выживаемостью?

  Исследователи, изучавшие съедобных соней в неволе, обнаружили, что в нерепродуктивные периоды большая часть населения уходила в подземные норы, чтобы впасть в спячку. И не только на пару месяцев — они впадали в спячку более 10 месяцев в году! Тем не менее, сони не страдали от климатического стресса или энергетических ограничений во время своего летнего покоя, так зачем им нужно было впадать в спячку?

  Ответ, как предполагают исследователи, заключается в том, что, впадая в спячку, сони избегают поедания хищных птиц, что может объяснить их необычно долгую продолжительность жизни.Другими словами, для некоторых животных спячка может иметь другую функцию, кроме выживания в условиях холода или предотвращения голода — это способ убежать от хищников.

Австралийские спящие люди: переворачивая общепринятые представления с ног на голову

В 1980-х годах австралийские ученые совершили прорыв в понимании спячки, когда они обнаружили, что ехидны впадают в спячку.

Ранее ученые, изучающие ехидн в лаборатории, обнаружили, что они очень неохотно впадают в оцепенение, и пришли к выводу, что они не впадают в спячку. Желая продолжить исследования, в конце 1980-х ученые поймали ехидн в австралийских Альпах в Новом Южном Уэльсе. Они имплантировали небольшие термочувствительные радиопередатчики, выпуская ехидн обратно в дикую природу. Отслеживая их движения и температуру в течение зимы, они увидели закономерности, которые очень похожи на модели классических спящих млекопитающих: многодневные периоды оцепенения, перемежающиеся периодическими возбуждениями для разогрева.Они обнаружили, что ехидны спят!

Но значение этого открытия гораздо глубже. Раньше считалось, что спячка — это относительно недавняя эволюционная адаптация, полученная как специализация для жизни в холодном климате. Однако открытие того, что ехидны впадают в спячку, ставит под сомнение эту точку зрения, потому что ехидны — монотремы, а однополые очень старые с точки зрения эволюции, отделились от других млекопитающих более 120 миллионов лет назад. По мнению исследователей, гибернация может быть гораздо более древним явлением, чем считалось ранее.

Австралийская ехидна — спящая монотрема. Источник изображения: Swee Oon / Flickr.

Итак, теперь у нас есть примеры гибернаторов во всех трех подклассах млекопитающих: плацентарные млекопитающие, сумчатые (например, карликовые опоссумы) и одноплодные. С точки зрения эволюции, как утверждают некоторые ученые, это может указывать на то, что гибернация существовала до того, как общая эволюционная ветвь разошлась (что привело к появлению монотрем с одной стороны и сумчатых — с другой). Они предполагают, что спячка — это способность древних млекопитающих, которая, возможно, возникла из способности рептилий к сезонному покою.

Другие утверждают, что, поскольку мы знаем о птице, которая впадает в спячку (бедняк), по этой логике нам фактически нужно проследить спячку до общих, дорептильных предков млекопитающих и птиц, что очень маловероятно. Скорее, они предполагают, что способность впадать в спячку, вероятно, развивалась независимо в каждой из этих групп, а не являлась результатом наличия общего предка. Поскольку способность снижать уровень метаболизма означала, что те животные, которые могли это делать, имели больше шансов выжить, со временем эволюционные процессы отбирались для животных, которые могли впадать в спячку.

Внизу: Характер зимней спячки ехидны в Тасмании, измеренный у самца и самки в течение одного года в одной и той же местности. Участок, показывающий резкие падения и повышения температуры, указывает на спячку, перемежающуюся периодами согревания. Источник изображения: Стюарт Николь (адаптировано).

Самец ехидны

Самка ехидны

• Крошечный спящий человек: горный карликовый опоссум

  Горные карликовые опоссумы мелкие. Действительно маленький. Это находящееся под угрозой исчезновения австралийское животное при весе от 30 до 70 граммов не больше вашей ладони.Так что, возможно, неудивительно, что до 1960-х годов, когда один из них появился в лыжном домике в Виктории, их считали вымершими. С тех пор горные карликовые опоссумы были обнаружены живущими всего в нескольких специализированных местах обитания — на валунных полях высотой более 1400 метров на горах Хиггинботам и Буллер в Виктории, а также в национальном парке Костюшко в Новом Южном Уэльсе.

  Горные карликовые опоссумы, одни из немногих зимующих сумчатых в мире, проводят снежный сезон (примерно с апреля по октябрь) свернувшись клубочком в гнездах на глубине 2–4 метров под снегом.Во время спячки температура их тела падает с 35 до 2 градусов по Цельсию, а скорость метаболизма снижается примерно на 98 процентов. Накопив жир, поедая моль богонг, семена и фрукты в более теплую погоду, они также периодически просыпаются во время спячки, чтобы перекусить сохраненными орехами и семенами.

  Глобальное потепление представляет собой особую проблему для этих уязвимых миниатюрных гибернаторов. Более теплые зимы означают более тонкий снег и меньшую изоляцию для их подземных гнезд. Это также означает, что сюда приближаются хищники, которые раньше не пережили бы суровую погоду.Более короткий снежный сезон может также привести к тому, что опоссумы просыпаются от спячки раньше, чем обычно, когда их обычная пища, мигрирующая моль богонг, еще не прибыла.

Горный карликовый опоссум. Изображение предоставлено Робертом Томасом

Чему нас может научить гибернация?

арктических сусликов, тех супер холодных зимних, которых мы встречали ранее, могут дать ключ к пониманию болезни Альцгеймера.Как и у других гибернаторов, у белок падает метаболизм и внутренняя температура тела (в случае с белками ниже точки замерзания воды), и они периодически просыпаются, чтобы снова вздрогнуть до более разумных температур. Во время спячки мозг белок испытывает невероятную нагрузку; нейроны сжимаются, а связи между ними сжимаются. Но они также демонстрируют невероятную пластичность. Во время периодов возбуждения нейроны белок восстанавливаются — расцветают до более высоких уровней, чем обычно, а затем возвращаются к норме.Считается, что это выздоровление может иметь какое-то отношение к белку под названием тау, который накапливается в клетках мозга впадающих в спячку белок, а также в мозгах людей с болезнью Альцгеймера. Каким-то образом белки могут вычищать тау из своего мозга, когда просыпаются. Как? Ответ может пролить свет на болезнь Альцгеймера и другие нейродегенеративные заболевания.

Понимание того, как мозг арктических сусликов переживает стресс во время спячки, может дать представление о болезни Альцгеймера.Источник изображения: Penn State / Flickr.

Как еще спячка может помочь людям? Некоторые другие области исследований включают:

• способность клеток и тканей гибернаторов выдерживать очень низкие температуры, понимание которой может позволить нам лучше сохранять и транспортировать человеческие ткани (например, для трансплантации)
• тот факт, что у животных, находящихся в спячке, не наблюдается ухудшения мышечной массы после длительных периодов бездействия, что потенциально может помочь нам предотвратить ухудшение мышц из-за стационарного постельного режима или вылечить мышечные расстройства.
• отсутствие разрушения костей у животных, находящихся в спячке, даже после длительных периодов малоподвижности, понимание которых может привести к новым способам лечения дегенеративных проблем или заболеваний костей.

А как насчет космических путешествий? мы слышим, как вы спрашиваете. Может ли понимание гибернации позволить людям войти в подобное состояние застоя? Возможно, мы сможем (как предполагают некоторые недавние работы, поддерживаемые НАСА) «проспать путь к Марсу» или отправиться в далекие галактики, не нуждаясь в больших запасах пищи или кислорода. Открытие того, что лемуры впадают в спячку, предлагает соблазнительные возможности для спячки человека, потому что, как приматы, они генетически очень похожи на нас. Некоторые исследователи, однако, отмечают, что мы не можем обязательно экстраполировать данные от мелких животных, которые могут впадать в спячку естественным путем, на людей, которые не могут.Тем не менее, от нового понимания роли оцепенения у ряда животных до нового понимания эволюционных процессов, мы можем многому научиться у этих непревзойденных бездельников.

Как медведи регулируют температуру тела и какими заболеваниями они болеют?

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Температура тела медведя аналогична человеческой и колеблется от девяноста восьми до девяноста девяти градусов по Фаренгейту (36.7-37,2С). Однако у медведей нет потовых желез, а отсутствие потовых желез в сочетании с изолирующим мехом может затруднить охлаждение в жаркий солнечный день. Медведи используют различные методы для решения этой проблемы, в том числе отдых в тени, вытягивание животом на прохладной земле, тяжёлое дыхание как собака, сидение или лежание в холодном ручье или океане, растягивание на снежных пятнах и тряска. от воды, когда они выходят из ручья. Они также способны рассеивать тепло через лапы, которые хорошо снабжены кровеносными сосудами, и теряют тепло через участки с минимальным мехом, такие как лицо, уши, нос, живот и внутренняя поверхность ног.Чтобы остыть, медведи иногда откидываются на землю и широко расставляют ноги.

ЗАБОЛЕВАНИЯ

Медведи подвержены различным болезням и паразитам. К внутренним паразитам относятся червь трихинелла (трихинеллез), трематоды, нематоды, легочные черви, анкилостомы, сосальщики, паразиты крови, кишечные черви и ленточные черви. Ленточные черви особенно распространены среди медведей Кадьяк, потому что они едят большое количество сырой рыбы. В летние месяцы нередко можно увидеть медведя с цепным червем длиной в несколько футов, выходящим из его заднего прохода.Обратите внимание на ленточного червя на этой фотографии.
Медведи также могут страдать от многих болезней, которые поражают других млекопитающих, включая артрит. Травмы могут быть очень разрушительными для медведя, особенно если травмы влияют на способность медведя добывать пищу или защищаться. Плохие зубы могут напрямую повлиять на способность медведя есть, а любой фактор, приводящий к недостаточным запасам жира до гибернации, может привести к голоданию.

______________________________________________________________________

Архипелаг Кадьяк является домом для 3500 медведей и 13 600 людей, так как же медведи и люди взаимодействуют друг с другом? На следующей неделе я займусь темой медведей и людей.

Я приглашаю вас посмотреть мой веб-семинар о том, как я стал опубликованным автором, и о реальных приключениях, которые служат источником вдохновения для моих загадок дикой природы Аляски.