Все, что вам нужно знать о гибернации
Зимняя спячка относится к состоянию пониженной метаболической активности организма, которое связано с пониженной температурой тела, и некоторые виды животных принимают зимнюю спячку как способ адаптации к неблагоприятным и суровым зимним условиям. Зимняя спячка обычно используется для обозначения всех форм зимнего покоя, наблюдаемых у позвоночных животных. Животные, которые впадают в спячку, включают различные виды рыб, рептилий и амфибий, температура тела которых зимой достигает почти точки замерзания. Сюда также входят медведи и некоторые млекопитающие, которые зимой прячутся в берлогах. Однако медведи не испытывают чрезмерного понижения температуры тела, и их легко разбудить во время зимней спячки. Иногда медведи не считаются настоящими животными, впадающими в спячку. Настоящие животные, впавшие в спячку, проводят большую часть зимы в состоянии, близком к смерти, и иногда они кажутся мертвыми. Температура их тела падает почти до 32 градусов по Фаренгейту, а частота дыхания падает всего до нескольких вдохов в минуту. Их сердцебиение также замедляется до практически незаметного уровня. На этой стадии, когда животному предоставляется умеренное тепло, оно постепенно пробуждается, и может потребоваться до часа или больше, чтобы достичь состояния полной боевой готовности.
Настоящие Спящие
Истинные зимовщики среди млекопитающих встречаются в отряде рукокрылых (летучие мыши), грызунов (таких как сурки и суслики среди прочих), насекомоядных (союзники и ежи). Обычно впадающие в спячку полагаются на запасы жира в организме, запасы продовольствия, как в случае с грызунами, и берлоги, которые защищены, чтобы пережить зиму. Температура тела впавших в спячку животных иногда повышалась с интервалом в несколько недель, и они просыпались, двигались, питались и возвращались в состояние оцепенения. В других регионах, таких как пустыни, животные предотвращают сильную летнюю засуху с помощью процесса восстановления, который во многом похож на зимнюю спячку
Спящий режим - это механизм сохранения энергии
Зимняя спячка, наряду с активацией, является механизмом, используемым различными организмами, чтобы избежать стресса в результате экстремальных температур, отсутствия пищи, уменьшения фотопериода и недостатка воды. В результате они служат механизмами энергосбережения. Даже самые короткие периоды оцепенения могут сэкономить значительное количество энергии. Этот эффективный механизм сохранения энергии лучше всего иллюстрируется колибри, которая является самой маленькой птицей, проявляющей циркадное оцепенение, по сравнению с самым маленьким млекопитающим - землеройкой, которая всегда остается активной в течение 24 часов. Скорость метаболизма зависит от потребления кислорода, и в среде с температурой около 75 ° F в течение дня отдыхающая, но бодрствующая колибри потребляет около 14 мл кислорода на грамм каждый час. С наступлением сумерек уровень кислорода падает до уровня сна и, наконец, резко падает до вялого уровня примерно в 0,8 мл кислорода на грамм каждый час. На рассвете колибри пробуждается к новому периоду активности. Колибри имеют одну из самых высоких скоростей метаболизма, а также самый высокий диапазон метаболизма среди всех позвоночных. С другой стороны, землеройка потребляет почти столько же кислорода, сколько колибри потребляет в течение дня. Однако ночью это увеличивает потребление еще больше.
Впадение в спячку
Млекопитающих, впадающих в спячку, можно разделить на четыре группы в зависимости от способа их впадения в спячку. Первая группа представлена золотистым хомячком. Эта группа пережидает на холоде от одного до трех месяцев, прежде чем впасть в спячку после одного значительного понижения температуры. Это достигается с помощью механизма физиологических и биохимических препаратов, которые достигают достаточных уровней, чтобы сделать животное восприимчивым к стимулу зимней спячки и заставить животное отказаться от различий в температуре тела и температуре окружающей среды. Карманные мыши представляют вторую группу, и они гораздо быстрее готовятся к зимней спячке. Они становятся вялыми, подождав всего несколько дней после единственного значительного снижения температуры.
На третью группу приходится большинство впадающих в спячку млекопитающих, и эту группу представляют сурки и суслики. Эта группа впадает в спячку после ожидания в течение нескольких дней, и они проходят через серию оцепенения и возбуждения, причем каждый последующий этап имеет более низкую температуру тела, чем предыдущий, пока они не достигнут стадии спячки. К 4-й группе относится большинство летучих мышей, и температура их тела соответствует температуре окружающей среды. Летучие мыши не только проявляют признаки настоящих зимовщиков в течение зимы, но и в оставшуюся часть года у них наблюдается переохлаждение, которое не связано со спячкой.
Частота сердечных сокращений и кровообращение
Изменения потребления кислорода, частоты сердечных сокращений и дыхания влияют на температуру тела животных, находящихся в спячке. Часть центральной нервной системы опосредует эти изменения. Частота сердечных сокращений замедляется перед падением температуры тела. Например, частота сердечных сокращений у сурка может упасть до 68 со 153 ударов сердца в минуту примерно за 30 минут. Сердцебиение калифорнийского суслика может резко замедлиться - до одного сердцебиения в минуту при температуре 41 ° F. С другой стороны, у млекопитающих, не впадающих в спячку, при температуре от 50 ° F до 70 ° F их сердца мгновенно перестали бы биться.
Нейронные изменения
У животных, находящихся в спячке, есть особые приспособления как в центральной, так и в периферической нервной системе, которые воспринимают изменения в окружающей среде, когда животное находится в состоянии оцепенения. Например, когда арктический суслик впадает в спячку, электрическая активность мозга снижается на 90%, когда температура мозга составляет около 43 ° F. В течение этого времени наблюдается повышенная чувствительность к определенным раздражителям как центральной, так и периферической нервной системы. Кроме того, части мозга, ответственные за регуляцию температуры, сердце (сердечная) и дыхательная системы всегда активны при температурах, ниже которых нервная система млекопитающих перестала бы функционировать.
Деятельность эндокринной системы
Было установлено, что зимняя спячка не может протекать без надпочечников, и, по-видимому, некоторая минимальная активность надпочечников имеет решающее значение как для зимней спячки, так и для выживания. Тестостерон, который является мужским половым гормоном, отвечает за стимуляцию репродуктивной активности. Если золотистому хомячку ввести более 5 мг гормонального препарата, он не впадет в спячку. Точно так же животные не впадут в спячку, если их кормить или вводить стимуляторы щитовидной железы или гормоны щитовидной железы. Существует сезонная вариабельность активности щитовидной железы у животных, находящихся в спячке, с максимальной активностью весной и минимальной активностью осенью.
Защита от болезней и радиации
Все спящие имеют некоторую степень защиты от инфекционных заболеваний, которые можно объяснить примерно тремя различными факторами, все из которых связаны с температурой. Низкая температура тела вместе с медленным обменом веществ препятствует росту и размножению возбудителей, вызывающих заболевания. Точно так же низкие температуры более вредны для болезнетворных организмов, в отличие от хозяина. Например, у летучих мышей, зимующих при температуре 41 ° F, были обнаружены только личинки червей в кишечнике, а у зрелых червей у летучих мышей, содержащихся при температуре 95 ° F. Кроме того, низкая температура влияет на химический состав тканей хозяина, который, как полагают, влияет на организмы, вызывающие заболевания. Радиация также, по-видимому, не влияет на животных, находящихся в спячке. Например, когда суслик подвергся воздействию радиоактивного кобальта во время зимней спячки, было обнаружено, что они более устойчивы к воздействию радиации по сравнению с воздействием, когда они активны и не впадают в спячку.
Пробуждение после зимней спячки
После зимней спячки арктическому суслику требуется всего три часа, чтобы проснуться. В процессе пробуждения наблюдается быстрое учащение сердцебиения, резкое снижение периферического сопротивления кровообращению и быстрое потепление областей вокруг сердца и головы по сравнению с задними частями животного. Разница в расширении сосудов в передней части тела животного имеет решающее значение и является уникальным способом пробуждения от спячки. Активная циркуляция крови сосредоточена в этой области, что приводит к высокому кровяному давлению, а также быстрому и эффективному согреванию. Если ввести препарат, вызывающий расширение сосудов во всем организме, произойдет резкое снижение кровяного давления, даже когда частота сердечных сокращений почти удвоится. Сердце не смогло бы поддерживать высокое кровяное давление, если бы все кровеносные сосуды в организме были расширены. Однако во время процесса возбуждения, следующего за разогревом передней области тела, задняя область тела быстро прогревается.
Животные, которые впадают в спячку дольше всех
По данным National Geographic, животным с самым длительным периодом зимней спячки является съедобная соня (Glis glis) Животное может оставаться в состоянии спячки в течение 11 месяцев в своей дикой среде обитания. Чтобы достичь этого подвига, съедобным соням обычно приходится удваивать массу своего тела или даже утроять, когда они активны. Другой эксперимент показал, что большая коричневая летучая мышь (Eptesicus fuscus)зимовал в общей сложности 344 дня в холодильнике. Хотя большая коричневая летучая мышь вполне могла находиться в самой продолжительной спячке из всех животных, летучая мышь не предпочла впадать в спячку естественным путем, и ей не удалось пережить это испытание. В естественной среде большие коричневые летучие мыши впадают в спячку в ноябре и часто временно просыпаются, чтобы поискать воду и найти более теплое убежище. Наконец, весной они выходят из спячки.
