Веселин Денков - На грани жизни
Состояние кратковременного оцепенения, которое ученые называют торпидностью, наблюдалось у только что вылупившихся птенцов черного стрижа (Apus apus), которые впадают в это состояние, когда родители покидают их на несколько дней при неблагоприятных условиях (например, во время приближающегося циклона). В состоянии оцепенения температура тела этих птенцов с 39 °C падала до 20 °C и даже ниже, пульс и дыхание замедлялись, и в подобном состоянии они выдерживали 7 — 12 дней. Появившись снова, родители отогревали их своими телами, и птенцы возвращались к жизни. В благоприятное время года молодые стрижи вылетали из гнезда через 33–35 дней, а в неблагоприятные, когда они впадали в состояние оцепенения, им были необходимы 40–50 дней.
Издавна известно, что в подобное торпидное состояние впадают и птенцы некоторых видов колибри, если мать, улетев за пищей, задержится более чем на десяток минут (у колибри только самки выкармливают потомство). После ее возвращения, согретые материнским теплом, они возвращаются к жизни. Установлено, что взрослые колибри нескольких видов (Calypte costae, С. anna, Eugenes Lampornis), обитающих на Американском континенте, также способны впадать в состояние оцепенения в особенно холодные ночи, когда их температура тела понижается до 8,8 °C.
Доказано, что вес различных видов колибри колеблется от 1,7 до 19,1 г, а потребность в кислороде у мелких экземпляров в состоянии покоя — 11–16 мл на 1 г веса за час, во время полета — 70–85 мл, а в состоянии оцепенения только 0,17 мл. Расход энергии у колибри высокий, и существует опасность, что колибри с температурой тела 44 °C не смогут выдержать без нищи того периода, когда они спят, так как им не хватит энергетических запасов. При подобном положении их организм при чрезмерном охлаждении от истощения ночью лишится возможности снова согреться в начале своей активной фазы. Между тем, как известно, ночи на южно- и центральноамериканских высоких плато, где обитают колибри, холодные. Вот почему колибри обладают защитным механизмом — впадают ночью в торпидное состояние, причем температура их тела сравнивается с температурой окружающей среды; таким образом, они не отдают свою теплоту и сохраняют энергию, которая не расходуется для образования тепла в организме. В этом случае действует закон голландского физиолога Ван Гофа, отражающий связь между скоростью реакций химических процессов и температурой (если температура тела понизится на 10 °C, процессы обмена начнут протекать медленнее почти в 3 раза). Так что если температура тела колибри понизится с 44 °C до 34 °C, это приведет к трехкратному сокращению обмена веществ и соответственно к значительному сохранению энергии.
Подобная регуляция температуры тела во время оцепенения была обнаружена и у пурпурной колибри (Eulampis jugularis), которая, как и другие колибри, легко впадает в торпидное состояние. В состоянии оцепенения температура тела этого вида колибри обычно близка к температуре воздуха, но, если последняя падает ниже 18 °C, температура тела птицы больше не понижается и остается на уровне 18–20 °C.
Оцепенение, в которое впадают некоторые виды птиц, значительно отличается от зимней спячки, свойственной многим млекопитающим. Прежде всего организм птиц не только не накапливает энергетических запасов в виде жира, но, наоборот, расходует значительную их часть. В то время как млекопитающие впадают в зимнюю спячку, заметно прибавив в весе, птицы перед оцепенением сильно худеют. Вот почему явление оцепенения у птиц, как считает советский биолог Р. Потапов, должно называться не зимней спячкой, а гипотермией.
До сих пор механизм гипотермии у птиц до конца не изучен.
Интересно, что все птицы, способные впадать в состояние оцепенения, в систематическом отношении являются между собой близкими родственниками и обладают общими физиолого-экологическими особенностями. Впадание этих птиц в состояние оцепенения при неблагоприятных условиях жизни представляет собой приспособительную физиологическую реакцию, закрепившуюся в процессе эволюции.
Какие млекопитающие впадают в зимнюю спячку?
Как у тех животных, о которых мы рассказывали до сих пор, так и у млекопитающих зимняя спячка — это биологическое приспособление для переживания неблагоприятного сезона года. Несмотря на то, что животные с постоянной температурой тела обычно переносят условия холодного климата, недостаток подходящей пищи зимой стал причиной приобретения и постепенного закрепления в процессе эволюции некоторыми из них этого своеобразного инстинкта — проведения неблагоприятного зимнего сезона в неактивном состоянии зимней спячки.
По степени оцепенения многие ученые различают три типа зимней спячки:
1) легкий (факультативный), выражающийся в легком оцепенении, которое легко прекращается (еноты, барсуки, медведи, енотовидные собаки);
2) периодически прекращающаяся зимняя спячка, характеризующаяся полным оцепенением, сопровождающимся пробуждением только в более теплые зимние дни (хомяки, бурундуки, длинноухие ночницы — летучие мыши);
3) настоящая непрекращающаяся зимняя спячка, представляющая собой стабильное, продолжительное оцепенение (суслики, ежи, сурки, тушканчики, сони и большинство видов летучих мышей)[7].
Прежде считали, что зимняя спячка и оцепенение возникают в результате несовершенства терморегуляционной системы млекопитающих в условиях похолодания, что таким способом выражается определенная «примитивность» в организации и дефекты механизмов физиологического контроля. В последнее время тщательные исследования многих ученых из различных стран показали, что зимнюю спячку не следует объяснять недостаточностью терморегуляции, наоборот, это превосходно отрегулированное физиологическое состояние. Следовательно, сходство между находящимися в состоянии зимней спячки млекопитающими с постоянной температурой тела и животными с непостоянной температурой тела (например, лягушками или ящерицами) лишь кажущееся.
Чтобы зимоспящие млекопитающие впадали в состояние гибернации, необходимы многие внешние и внутренние факторы. Наравне с внешними факторами (температура, свет, наличие пищи и др.) на наступление зимней спячки оказывает влияние ряд внутренних (терморегуляция, эндокринная и нервная деятельность и др.). В природе основными стимулами для впадания в состояние зимней спячки являются понижение температуры и уменьшение продолжительности дня. В процессе эволюции эти факторы утвердились в качестве надежного сигнала, свидетельствующего о приближении неблагоприятных зимних дней, лишающих животных пищи. Однако недостаток пищи не всегда служит основной причиной впадания в состояние зимней спячки. В климатических условиях с резко разграниченными зимними и летними периодами зимняя спячка протекает с точностью, характерной для природных явлений, но в географических районах с менее резкими различиями между летом и зимой она наступает в разное время и зависит преимущественно от степени похолодания.
Зимней спячке млекопитающих предшествует определенная физиологическая подготовка организма. Она состоит прежде всего в накоплении запасов жира, главным образом под кожей, в полостях тела, на всей протяженности кишок, в грудной области (бурая жировая ткань). У некоторых спящих зимой млекопитающих подкожный жир достигает 25 % общей массы тела. Например, все виды сусликов еще в начале осени толстеют и усиленно синтезируют углеводы, увеличивая вес своего тела втрое по сравнению с весенне-летним весом. У сурка (Marmota bobac) вес подкожного и внутреннего жира в июне составляет 10–15 г, в июле — 250–300 г, а в конце августа — 750–800 г. Барсук (Meles meles) накапливает до нескольких килограммов жира. Большие запасы подкожного жира накапливают и представители семейства сонь (Myoxidae) — садовые, лесные, мышевидные и орешниковые. Особенно заметно толстеет соня-полчок (Glis glis). В Древнем Риме сонь ловили сразу же после того, как они впадали в зимнюю спячку, когда они наиболее жирные. Запеченные, они представляли собой желанный деликатес для трапезы знатных римских патрициев.
Перед зимней спячкой значительно толстеют и ежи, и бурые медведи, а также и все летучие мыши.
Другие млекопитающие, например хомяки (Cricetus cricetus и Mesocricetus auratus) и бурундуки (Tamias sibiricus), не накапливают больших запасов жира, а делают запасы пищи в своем убежище, чтобы пользоваться ими в периоды своего краткого пробуждения зимой.
Во время зимней спячки все виды млекопитающих лежат неподвижно в своих норах, свернувшись в клубок. Так лучше всего сохранить тепло и ограничить теплообмен с окружающей средой. Зимние квартиры многих млекопитающих — это естественные пустоты стеблей и дупла деревьев.
Мышевидная соня зимует в выкопанной ею норке в земле, а лесная соня — не только в дуплах, но и в трещинах скал. Другие зимоспящие животные, например летучие мыши, проводят период гибернации чаще всего в пещерах, на необитаемых чердаках и в помещениях; они засыпают многочисленными колониями, повиснув головой вниз. Третьи, например суслики, сурки и другие, предварительно выкапывают в земле норы, где и проводят период зимней спячки. Бурундук тоже выкапывает норы из двух камер (одна из них служит складом, а другая — жильем). Сурок выкапывает норы с пятью-шестью выходами, которые перед зимней спячкой заделывает изнутри землей.
