Почему мы не суслики: ученые хотят заставить человека впадать в спячку – вегетерианство
Содержание
Почему животные впадают в спячку?
Для всех представителей животного мира сутки делятся на фазы активного бодрствования и покоя. Человек, кстати, тоже не исключение. Однако некоторое зверьё вдобавок ещё впадает в сезонную спячку.
Нам, людям, сложно представить, каково это несколько месяцев беспробудно спать, а вот медведи, многие грызуны и лягушки относятся к таким вещам обыденно.
Давайте же разберёмся, почему животные впадают в спячку.
Как это происходит?
Спячка – это не просто долгий сон, а определённое состояние организма, которое помогает пережить зиму. Во время спячки метаболизм у животного в разы замедляется. Впрочем, это касается и всех остальных процессов.
Температура тела снижается иногда даже до минусовых температур. Дыхание может замедлиться до 1-2 вздохов минуты. Сердце также может совершать лишь несколько ударов в минуту.
Все питательные вещества, таким образом, расходуются гораздо экономнее, поэтому животное может обойтись несколько месяцев только на внутренних ресурсах.
У большинства видов тело в этот период находится в состоянии оцепенения, чтобы энергия не расходовалась на ненужные сокращения мышц. Если вы обнаружите суслика в спячке, то его вполне можно принять за мёртвого.
И это далеко не весь перечень
Животные в северных регионах впадают в спячку зимой, а в засушливых – летом. Таким образом, видно, что спячка помогает пережить им наиболее сложное время в году.
Спячка может быть и суточной. В неё впадают колибри и летучие мыши.
А ещё некоторые животные могут впадать в спячку при неожиданном наступлении неблагоприятных условий. Например, когда начался период затяжных дождей, и еду добывать проблематично, можно переждать некоторое время в спячке.
Кстати, и один из приматов впадает в спячку. Речь идее о карликовом лемуре из Мадагаскара. Он спит в своём дупле он около семи месяцев (!). Довольно странно, ведь в тех краях температура зимой около 30 градусов тепла. Однако рекордсменом по спячке считается колумбийский суслик, который начинает свой марафон летом, а просыпается только весной.
Зачем животным нужна спячка?
Всё довольно прозаично – состояние спячки нужно, чтобы пережить голодную зиму.
Конечно, не все животные переживают зиму в спячке. Их может убить экстремально низкая температура, истощение или просто случайно нашедший их укрытие хищник.
Рекомендуем: Вымирающие виды и почему животные исчезают
Как животные обходятся без еды во время спячки
Запасы! Именно заблаговременно подготовленная пища помогает животным пережить зиму. Но ведь они крепко спят! На самом деле через определённые промежутки времени небольшие зверьки всё же просыпаются, чтобы подкрепиться и попить воды.
Запасы очень важны для грызунов
А вот медведи обходятся без всего этого.
Накопленный в период подготовки жировой слой не только обеспечивает их питательными веществами во время спячки, но и способствует поддержанию определённой температуры тела.
Медведь не мочится, поэтому потери жидкости минимальны. Водный баланс в его организме поддерживается за счёт сжигании жира. Медведи просыпаются гораздо реже. Чаще всего они беспробудно спят всю зиму.
Вопреки расхожему мнению медведь сосёт лапу не из-за голода, а для того чтобы увлажнить пересохшие ступни и обгрызть ороговевшие участки кожи.
Нужно подготовиться!
Животные уделяют много времени подготовке к спячке, ведь им не только нужно запастись питательными веществами, но и обустроить своё жилище, дабы там сохранялся определённый микроклимат.
Норы грызунов могут иметь глубину от 3-х метров. Там складируются зёрна, орехи и семечки, которые помогут поддерживать жизненные силы. В одном укрытии может зимовать целая семья грызунов.
Каждое дупло, берлога, нора обязательно должна быть безопасна и недосягаема для хищников, а температура должна сохраняться выше нуля, даже если снаружи сильные морозы. Именно температуре в жилище будет соответствовать температура тела многих животных в спячке. Так что не всё так просто.
Проще всего приходится рыбе далии, которой не нужно заботиться о жилище. Она прекрасно себя чувствует в замерзшем озере. Уникальная структура тканей защищает эту рыбу от промерзания, и когда лёд тает, она продолжает свою жизнедеятельность.
Медведи, пожалуй, в плане жилища самые непривередливые. Эти товарищи могут просто закопаться в листьях, а зимой их заваливает снегом. Так что осторожнее, ведь один из сугробов может оказаться спящим мишкой, а спят они не так уж и крепко.
Особенно вам не поздоровится, если наткнётесь на косолапого ближе к весне, ведь он будет очень голодным. Вероятно потому, что их сон не глубокий, медведи особо и не парятся насчёт надёжного жилища.
Все и так знают, как небезопасно будить их зимой.
Почему одни животные впадают в спичку, а другие нет?
Каждый вид приспособился к зиме по-своему. Перелетные птицы (да-да, они же не животные), недолго думая улетают в более комфортные места для зимовки. Организм некоторых животных готовится к активной зимовке.
Примером тому являются зайцы, которые меняют свой окрас на белый в целях маскировки и отращивают шерсть на подушечках лап, чтобы по льду и снегу было проще передвигаться. Белки просто заполняют свою нору припасами, которых хватает на зиму.
Многие насекомые, отложив до весны яйца, просто погибают.
В зимних условиях тот же медведь тратил бы очень много энергии на поиск пропитания, на передвижение по сугробам и просто на сопротивление морозам. Найденная пища не всегда бы восполняла потерянные силы, и выживание медведя было бы под вопросом.
Перебраться в другие более тёплые края он не может, а чтобы собрать достаточно припасов на зиму мишке понадобилась бы огромная берлога. Поэтому самым приемлемым вариантом для него, как и для многих других видов, становится спячка.
Их привычная активность в зимних условиях была бы убийственной.
Раз уж заговорили о медведях, то некоторые учёные говорят, что его спячка не может называться полноценной. Процессы в организме косолапого замедляются не на столько, как у тех же грызунов. Да и температура его тела не так уж сильно понижается – всего на 5 градусов. Есть такие земляные белки, у которых во время спячки температура может быть около –2 градусов.
Исходя из вышесказанного, спячку медведей называют лёгкой. Сюда же относят енотов и барсуков. А вот суслики, ёжики, тушканчики и многие другие впадают в истинную зимнюю спячку, когда их тело полностью цепенеет.
Почему мы не суслики
— Я работала в Швеции год и год не могла добиться, чтобы суслики заснули, — признается Людмила Крамарова, старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино).
На Западе права лабораторных животных детально расписаны — Декларация прав человека отдыхает. Вот только эксперименты по исследованию спячки проводить невозможно.
— Спрашивается, чего им спать, если в суслятнике тепло и кормят от пуза? Суслики же не дураки. Вот в нашей лаборатории они бы у меня быстро заснули!
Добрейшая Людмила Ивановна строго стучит пальцем по столу и рассказывает про лабораторного суслика, который жил у нее дома. «Суся!» — звала она с порога. «Пай-пай!» — отзывался суслик, который вообще-то не приручается. Этот Суся за три года в домашних условиях не заснул ни разу.
Зимой, когда в квартире заметно холодало, забирался под батарею и грел голову. «Зачем?» — спрашивает Людмила Ивановна. Может быть, регулирующий центр спячки находится где-то в головном мозге? Ученые пока не знают. Природа спячки — одна из главных интриг в современной биологии.
Временная смерть
Благодаря корпорации Microsoft наш язык обогатился еще одним умным словом — гибернация. Так называется режим, в который Windows Vista вводит компьютер, дабы минимизировать расход электроэнергии. Машина вроде бы выключена, однако все данные при этом сохраняются: нажал на кнопку — и все заработало как ни в чем не бывало.
То же самое происходит и с живыми организмами. Тысячи разных видов — от примитивных бактерий до продвинутых лемуров — умеют временно «умирать», что по-научному называется гибернация, или гипобиоз.
Классический пример — суслики. Именно их используют в Пущине как главный объект для исследований гибернации.
Что вы знаете о сусликах? Нормальные такие грызуны из семейства беличьих. Копают себе норки, едят травку, размножаются. Когда наступает зима, суслики уходят под землю.
Вот там-то с научной точки зрения и происходит самое интересное. Зимняя спячка сусликов может длиться до 8 месяцев. На поверхности мороз порой доходит до –50, нора промерзает до –5.
Тогда температура конечностей зверьков падает до –2, а внутренних органов до –2,9 градусов.
Кстати, во время зимовки суслик спит подряд только недели три. Потом выходит из спячки на несколько часов, а потом засыпает снова. Не вдаваясь в биохимические подробности, скажем, что просыпается он, чтобы пописать и размяться.
Замороженный суслик живет в замедленном режиме: частота его сердцебиения падает с 200–300 до 1–4 ударов в минуту, дыхание эпизодическое — 5–10 вдохов-выдохов, а потом и полное их отсутствие в течение часа. Кровоснабжение мозга снижается примерно на 90%.
Обычный человек ничего близкого к этому пережить не может. Он не способен даже уподобиться медведю, у которого во время спячки температура опускается совсем чуть-чуть — с 37 до 34–31 градуса.
Нам с вами и этих трех-пяти градусов хватило бы: организм еще несколько часов поборолся бы за право сохранить скорость сердечных сокращений, ритм дыхания и восстановить нормальную температуру тела, но когда энергетические ресурсы закончатся, смерть неизбежна.
Мохнатая картошка
— Знаете, как суслик выглядит, когда спит? — спрашивает Зариф Амирханов, старший научный сотрудник Института биофизики клетки. — Как картошка из погреба. Твердая и холодная. Только мохнатая.
Хочется написать: «…сказал он, подбрасывая на ладони тельце спящего суслика». Увы, в руках у Зарифа просто чайник. Сейчас еще не сезон спать. Пока суслик похож на суслика — бодро грызет семечки.
Нелегко представить, что это веселое существо вдруг ни с того ни с сего может впасть в оцепенение и провести так большую часть года, а потом, опять же ни с того ни с сего, из этого оцепенения «выпасть».
Одна из загадок гипобиоза именно в том, что животное вполне способно отрегулировать свое состояние самостоятельно. Изменение температуры окружающей среды для этого вовсе не обязательно — впадают же в летнюю спячку лемуры с Мадагаскара.
Раз в год они отыскивают дупло, затыкают вход и укладываются спать на семь месяцев, понижая температуру тела до +10 градусов. А на улице при этом все те же +30. Впадать в спячку при жаре умеют и некоторые суслики, например туркестанские.
Дело не столько в температуре вокруг, сколько в метаболизме внутри: интенсивность обмена веществ падает на 60–70%.
— Понимаете, это совершенно другое состояние организма, — Зариф уже поставил чайник на место и теперь восхищенно разводит руками. — Температура тела понижается не как причина, но как следствие.
Включается иной механизм регуляции. Меняются функции десятков белков, клетки перестают делиться, вообще организм за несколько часов полностью перестраивается. А потом за те же несколько часов перестраивается обратно.
Безо всяких воздействий со стороны.
Дрова и печка
Уникальность спячки в том, что животное может сначала охладиться, а потом разогреться без посторонней помощи. Спрашивается, как?
— А очень просто, — говорит Людмила Крамарова. — Бурая жировая ткань, слышали?
Этот загадочный бурый жир есть у всех теплокровных, включая и человека. Причем у младенцев его значительно больше, чем у взрослого. Долгое время его роль в организме вообще была непонятна. В самом деле, есть же обычный жир, зачем еще и бурый?
— Так вот, оказалось, что бурый жир выполняет роль печки, — объясняет Людмила, — а белый жир — всего лишь дрова. Бурый жир в состоянии разогреть организм с 0 до 15 градусов. А дальше в работу включаются и другие ткани.
Но если мы нашли печь, это еще не значит, что мы поняли, как заставить ее работать.
— Должно быть нечто, что включает этот механизм, — говорит Зариф. — Меняется работа всего организма, а значит, есть некий центр, который все это контролирует и запускает.
Исследовать спячку завещал еще Аристотель. Нельзя сказать, что наука с тех пор 2500 лет только этим и занималась. Всерьез эту проблему стали рассматривать лишь 50 лет назад.
Основной вопрос: что в организме приводит механизм спячки в действие? Найдем — поймем, как это работает, а поймем, как работает, — научимся вызывать спячку у незимоспящих. В идеале — у нас с вами. Такова логика науки.
Однако с гипобиозом нормальная логика не сработала.
Началось все с конца. В 1952 году немецкий исследователь Кролль опубликовал данные сенсационного эксперимента. Введя в организм кошки и собаки экстракт мозга спящих хомяков, ежей и летучих мышей, он вызвал у незимоспящих животных состояние гипобиоза.
Когда проблемой стали заниматься более пристально, оказалось, что фактор гипобиоза содержится не только в мозге, но вообще в любом органе зимоспящего животного. Крысы послушно впадали в спячку, если им вводили плазму крови, экстракты желудка и даже просто мочу спящих сусликов. От стакана сусличьей мочи засыпали и обезьяны. Эффект неизменно воспроизводится.
Однако он категорически отказывается воспроизводиться при всех попытках вычленить какое-то конкретное вещество: моча или кровь вызывают гипобиоз, а их составляющие по отдельности — нет. Ни у сусликов, ни у лемуров, ни вообще у кого-нибудь из зимоспящих в организме не было найдено ничего, что бы отличало их от всех прочих.
Поиск фактора гипобиоза ведется вот уже 50 лет, но результат почти нулевой. Не найдены ни гены, ответственные за спячку, ни вещества, ее вызывающие. Непонятно и какой орган отвечает за это состояние.
Разные эксперименты зачисляли в список «подозреваемых» и надпочечники, и гипофиз, и гипоталамус, и щитовидную железу, но каждый раз оказывалось, что они всего лишь участники процесса, но не его инициаторы.
— Совершенно ясно, что действует далеко не весь спектр веществ, которые в этой грязной фракции находятся, — говорит Людмила Крамарова. — Ну, хотя бы уже потому, что они в основном и у нас с вами тоже есть.
Изучены тысячи белков и пептидов, отвечающих за нашу с сусликами жизнедеятельность. Но ни один из них — напрямую, по крайней мере, — со спячкой не связан. Точно установлено, что в организме спящего суслика меняется только концентрация веществ, а вот образуется ли там что-то новое, до сих пор неизвестно.
Чем дальше продвигаются ученые, тем больше они склонны думать, что проблема не в таинственном «факторе спячки».
— Скорее всего, это сложная последовательность биохимических событий, — рассуждает Крамарова. — Возможно, действует коктейль, то есть смесь определенного кличества веществ в определенной концентрации. Возможно, это каскад. То есть последовательное воздействие целого ряда веществ. Причем, скорее всего, это давно уже известные белки, которые есть у всех.
Получается, что спячка — это уравнение со всеми известными. Чем оно проще, тем сложнее решается.
Полный хаос
С умением впадать в спячку природа устроила полный бардак. Кормить детенышей молоком, откладывать яйца, поддерживать постоянную температуру тела — эти качества аккуратно развешаны по ветвям эволюционного дерева. А гипобиоз может ярко проявляться у одного вида и при этом полностью отсутствовать у его ближайшего родственника.
Например, сурки и суслики из семейства беличьих спят в своих норках по полгода. А сами белки и не думают засыпать даже самой лютой зимой. Зато в спячку впадают некоторые рукокрылые (летучие мыши), насекомоядные (ежи), сумчатые и приматы (лемуры). А ведь они сусликам даже не троюродные братья.
Спят некоторые птицы, пресмыкающиеся, насекомые. В общем, не очень понятно, по какому признаку природа выбрала в качестве зимоспящих именно их, а не других. Да и выбирала ли она?
Даже те виды, которые со спячкой вообще не знакомы, при определенных условиях легко догадываются, что это такое.
Например, чернохвостая луговая собачка (семейство грызунов) засыпает в лабораторных условиях, если лишить ее воды и пищи и поместить в темную холодную комнату.
Похоже, логика природы основана именно на этом: если для выживания вида нужно пережить сезон бескормицы, у нее в запасе есть вариант с гипобиозом.
— Похоже, что мы имеем дело с древнейшим регуляторным механизмом, который изначально свойствен вообще любому живому существу, — размышляет вслух Зариф.
— А это приводит нас к парадоксальной мысли: странно не то, что суслики спят. Странно то, что мы сами не впадаем в спячку.
Возможно, мы были бы вполне способны к гипобиозу, если бы все в эволюции развивалось прямолинейно, то есть по принципу добавления новых качеств при сохранении старых.
Впрочем, как считают ученые, человек в отношении спячки не совсем безнадежен. Минимизировать физиологические функции организма могут аборигены Австралии, ловцы жемчуга, индийские йоги. Пусть достигается это умение долгими тренировками, но ведь достигается!
Выдра помнит свое имя
Пока ни одному ученому не удалось погрузить человека в полноценную спячку. Наркоз, летаргический сон, кома — состояния близкие к гипобиозу, но основа у них другая, да и воспринимаются они как патология.
Не исключено, что эксперименты по введению человека в спячку скоро начнут украинские медики.
— Нам удается погружать в спячку тех животных, которые в природе на это не способны: крыс, собак, кроликов. Пора бы уже начать работать и с людьми, — считает профессор Национального аграрного университета Украины Сергей Мельничук. — Мы договорились с медиками, что начнем заниматься этой проблемой с 2010 года. К сожалению, все идет медленнее, чем хотелось бы.
Мельничук включает ноутбук с видеозаписью своих экспериментов. Вот крыса — шустро бегает по клетке. Потом ее помещают в специальную камеру. Через несколько минут она уже напоминает труп.
Дальше на экране появляется что-то малосимпатичное: скальпель, разрезанные мышцы, кость — животному, погруженному в искусственную спячку, делают операцию.
А потом эта крыса оживает, как будто ничего и не было.
— Я вводил в гипобиоз даже свою домашнюю крысу, — рассказывает Мельничук. — Очень умное животное: откликалась на свое имя — Выдра, умела прыгать по команде. Прямо дома погрузил ее в спячку. И ничего. Когда пришла в себя, сохранила все навыки.
Метод, который разработали украинские ученые, основан на двух факторах: повышенном содержании углекислоты в воздухе и пониженной температуре. Пропорции должны быть тщательно выверены, иначе животное просто сдохнет.
Возможно, эти эксперименты и не позволят до конца понять природу спячки. Но Мельничук и его коллеги-медики надеются превратить гипобиоз в полноценную клиническую процедуру.
Пациент отправлен в спячку
В момент спячки суслик не боится не только холода, но и основных суслячьих недугов: ишемии, инфекций, онкологических заболеваний. От чумы бодрствующее животное погибает за день, а если его заразить в сонном состоянии, ему все нипочем.
Для медиков открываются огромные перспективы. Тот же самый наркоз — состояние не самое приятное для организма. Почему бы не заменить его более естественной спячкой? Собственно, страсти, которые демонстрировал во время эксперимента Мельничук, — это и есть хирургическая операция, во время которой использовались не традиционные способы наркоза, а искусственно вызванная спячка.
Представьте себе ситуацию: больной на грани жизни и смерти, счет идет на часы. И часто этих часов не хватает, чтобы сделать операцию или найти донора. А в спячке практически любая болезнь развивается как в замедленном кино, и речь идет уже не о часах, а о днях, а то и неделях.
Если дать волю фантазии, можно представить, как безнадежных больных погружают в состояние гипобиоза в надежде, что когда-нибудь будут найдены нужные для их лечения средства. Нечто подобное делают фирмы, занимающиеся крионикой, только они замораживают уже мертвого человека, да и восстановить организм, пролежавший десяток лет в жидком азоте, вряд ли реально.
Механизм спячки может помочь разобраться в самых разных недугах.
Например, болгарский ученый Веселин Денков в своей книге «На грани жизни» предлагает обратить внимание на биохимию спящего медведя: «Если ученым удастся получить в чистом виде вещество (предположительно гормон), поступающее в организм из гипоталамуса медведей, с помощью которого регулируются жизненные процессы во время зимней спячки, то они смогут успешно лечить людей, страдающих заболеванием почек».
Пока врачи относятся к идее использования спячки очень настороженно. Все-таки опасно иметь дело с явлением, которое до конца не понято.
Суслики на орбите
Спящих сусликов хорошо запускать в космос. В состоянии гипобиоза они устойчивы к радиации, к перегрузкам и прочим напастям. К тому же им требуется минимум еды, воды и кислорода. Вот только от сусликов в космосе мало толку. Если бы погрузить в космическую спячку людей…
Эта идея бродит уже давно. Еще в начале 60-х Сергей Королев поручил физиологу Николаю Тимофееву разработать способы спасения космонавтов при длительных полетах.
Вроде бы Тимофеев сумел смоделировать не только прямые аналоги разных видов гипобиоза, но и создать новые варианты, которых нет в природе. Сейчас эти исследования завяли.
Погружение космонавтов в спячку никто всерьез не рассматривает.
— Теоретически это, конечно, возможно, но у нас такие исследования не ведутся. Решаем более утилитарные вопросы, — говорит Марк Белаковский, представитель Института медико-биологических проблем и научный руководитель проекта «Марс-500».
Рано или поздно наступит светлое будущее. Люди будут летать к дальним планетам и лечить любые болезни. А тем, кто желает пережить нынешние трудные времена во сне, можно посоветовать только побольше мужества, холодную комнату, голод и стакан сусличьей мочи. РР
Почему люди не могут проспать всю зиму, как медведи
Previous Entry | Next Entry
sozeroМножество обитающих на Земле живых существ – от медведей до шмелей – впадает зимой в спячку. Но людям это не дано, и мы выяснили, 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.
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.
Ежи не дураки поспать, и умеют это делать не хуже медведейНекоторые 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.
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).
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.
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.
Холод не останавливает сердца животныхНиже 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.
Летучие мыши предпочитают спать в компанииМалые 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.
Астронавт выполняет комплекс физических упражнений на борту МКС.
А мог бы спатьОна – 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”.
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.
Люси Джоунс
Ссылка.
Ученые: Лемуры хранят секреты, без которых невозможно путешествие человека к звездам
Мадагаскарский толстохвостый лемур может хранить ответы на вопрос о том, как человеку покорить глубокий космос, говорят ученые.
Нейрофизиолог Владислав Вязовский говорит, что понимание механизмов гибернации человеческого организма имеет жизненно важное значение, если люди собираются путешествовать за пределы Солнечной системы, передает The Independent.
Интерес к анабиозу достиг своего пика в 1950-х годах, когда НАСА вкладывало большие суммы в биологические исследования. Если бы космонавты смогли проспать весь путь к звездам или его большую часть, это позволило бы существенно сократить запасы еды, воды и кислорода на звездолете, а также не дало бы им скучать.
Интерес НАСА был похоронен вместе с космической гонкой сверхдержав, но Вязовский и его команда из Оксфорда продолжают изучать возможность гибернации космических путешественников, исследуя поведение других млекопитающих, в частности медведей и карликовых лемуров.
«Современные технологии позволяют достичь Марса за восемь месяцев. Но если мы однажды собираемся посетить другую солнечную систему, то даже перелет со скоростью света займет годы. Способность войти в спячку позволила бы сделать такое путешествие менее утомительным для космонавтов и сэкономила бы значительные ресурсы», — говорит Вязовский.
По его словам, тот факт, что в спячку могут впадать крупные млекопитающие вроде медведей или даже приматы (лемуры), говорит о возможности человека повторить тот же трюк.
Как утверждают ученые, чье исследование является частью программы Европейского космического агентства, хотя некоторые аспекты погружения человека в анабиоз по-прежнему не ясны, в целом человеческая гибернация считается теоретически возможной. Об этом свидетельствуют широко применяемые в медицине контролируемая гипотермия и замедление обмена веществ, в том числе во время операции на сердце, когда тело охлаждается ниже нормальной температуры.
Однако для понимания того, как организовать процесс погружения в анабиоз, ученые хотят лучше понять, как и почему животные погружаются в спячку. Такое впечатление, что они «знают», как сделать гибернацию безопасной.
Ученые также должны понять, как преодолеть разрушительное воздействие холода на мозг. «Исследования животных, таких как летучие мыши, показывают, что большинство воспоминаний сохраняются даже после многих месяцев почти полной нейронной депрессии. Но некоторые воспоминания, кажется, сохраняются лучше, чем другие, например способность запоминать близких родственников», — говорит Вязовский.
Как отмечает ученый из Кентского университета Льюис Дарнелл, «в организме млекопитающих заложены гены для спящего режима, так что исследователям нужно понять, как перепрограммировать человеческое тело, чтобы получить доступ к этой возможности».
Каковы особенности животных, впадающих в спячку?
Многие зимующие животные в течение лета наедают жировые запасы, которые будут поддерживать их в течение всей зимы.
Летучие мыши после спячки помнят гораздо больше, чем другие животные, из-за неизвестного нейропротекторного механизма. После спячки животные более склонны узнавать членов семьи, чем знакомых им, но не связанных с ними родством особей.
Американский суслик во время спячки устанавливает свою внутреннюю температуру на 0 °С.
Медведи во время спячки ни мочатся, ни испражняются, частота их сердечных сокращений снижается с 55 ударов в минуту до девяти. Самка во время спячки может родить, и медвежата питаются ее молоком, пока она не просыпается.
Суслики и хомяки не чувствуют холод, чтобы впадать в спячку – Науки о живом
Ученые из Йельского университета во главе с русским нейробиологом и физиологом Еленой Грачевой выяснили, что некоторые виды белок и хомяков, впадающих в зимнюю спячку, в ходе эволюции снизили чувствительность своих нейронов к низким температурам.
Спячка — замедление жизненных процессов и метаболизма у животных в периоды малодоступности пищи. Может длиться до нескольких месяцев. Для многих видов спячка — единственный способ пережить зимний период.
Ученые предположили, что впадающие в спячку зверьки должны иметь более низкую чувствительность к холоду, чем те, кто живет в более теплых районах и не впадает в спячку.
«Если бы эти животные чувствовали холод, они не могли бы впасть в спячку, потому что их сенсорная система посылала бы в мозг сигналы о том, что сначала нужно согреться, — говорит Елена Грачева. — Это поставило бы под угрозу выживаемость этих видов».
Чтобы проверить свою гипотезу, ученые протестировали сусликов и сирийских хомяков (которые впадают в спячку), а также мышей (которые не впадают в спячку) в одинаковых условиях.
Животных помещали на две платформы с контролируемой температурой: одна была теплой (+30 градусов по Цельсию), а другая холодной (ее температуру меняли от +20 до 0 градусов Цельсия). Грызуны могли свободно перемещаться между двумя платформами.
Оказалось, что мыши всегда выбирали теплую платформу, в то время как суслики и хомяки не оказывали ей такого предпочтения: они начинали выбирать теплую платформу, только когда температура холодной платформы опускалась до 5 градусов Цельсия и ниже.
Грачева и Багрянцев связали различия в чувствительности со строением ионного канала TRPM8 в нейронах грызунов. Активация TRPM8 приводит к ощущению холода. У сусликов и хомячков TRPM8 оказался заметно менее чувствительным, чем у мышей.
У мышей наблюдалось увеличение активности нейронов при снижении температуры от 30 до 10 градусов Цельсия, а у сусликов и хомяков ученые не нашли никаких изменений даже при температуре ниже 20 градусов Цельсия. Исследователи проанализировали различия в последовательности аминокислот в молекуле TRPM8 и выяснили, какие из них отвечают за снижение чувствительности.
В контрольном эксперименте ученые изменили эту последовательность сусликам, и зверьки стали реагировать на холод так же, как мыши.
Любопытно, что, по мнению ученых, суслики и сирийские хомяки приобрели свою нечувствительность к холоду независимо друг от друга, а не унаследовали ее от общего предка.
Исследование опубликовано в журнале Cell Reports.
Ранее ученые выяснили, каким образом некоторые виды сверчков приспособили свою выделительную систему для долгих зимовок.
Почему и зачем животные впадают в спячку?
Спячка
Весной во всем Северном полушарии просыпаются медведи. Они зевают, потягиваются и встряхиваются. Еще не пришедшие в себя после долгого сна, они бродят под лучами солнца, ощущая все возрастающий голод. Еще бы, с прошлой осени у них во рту и маковой росинки не было.
Зачем нужна спячка?
Снежная зима — не подарок для большинства животных. С замерзшего грунта исчезает пища. Дни становятся короткими и холодными, ночи длинными и еще более холодными.
Поиск пищи требует больших затрат энергии, которую, возможно, не восполнишь найденной пищей (если вообще что – нибудь удастся найти). Одни животные, например перелетные птицы, просто улетают на юг, спасаясь от зимы бегством.
Другие стойко переносят холод. Многие погибают. А некоторые животные, такие как колибри, арктические белки и бурые медведи, впадают в спячку.
Впадая в зимнюю спячку, животные уменьшают потребность организма в энергии, сводят ее до минимума.
Интересный факт: животные, впадающие в настоящую спячку, снижают частоту сердечных сокращений до одного удара в минуту.
Отличие спячки от сна
Если бы спячка была обычным сном, то впасть в нее мог бы каждый. Вы шли в декабре во двор, раскинули палатку, да и спите на доброе здоровье. В апреле просыпаетесь, потягиваетесь и идете домой завтракать.
Ясно, что вы не в состоянии это сделать: во – первых, не сможете так долго проспать, во – вторых, через несколько дней вам надо будет напиться воды, в – третьих, вы просто замерзнете. Но дело в том, что спячка — это состояние, отличающееся от обычного сна.
Это специальный механизм выживания, позволяющий снизить температуру тела и уменьшить частоту сердечных сокращений, чтобы сократить энергетические затраты организма на время холода и лишений.
Как говорят ученые, есть животные, впадающие в истинную спячку, например суслики и другие мелкие животные, и такие животные, как медведи, которые впадают в неглубокую спячку. Мелкое животное, впадая в истинную спячку, быстро снижает частоту сердечных сокращений со 150-300 ударов в минуту до 7 ударов в минуту и меньше.
У калифорнийских сусликов частота сердечных сокращений может снизиться до одного удара в минуту. Температура тела постепенно снижается до очень низких цифр, иногда почти до 0 градусов Цельсия, хотя исходная температура тела мелких грызунов практически не отличается от нашей и составляет около 35 градусов Цельсия.
Короче, темпера тура становится такой же, как температура в норке.
Процесс спячки
Если спячка наступила, то животное как бы умирает для внешнего мира. На впавшего в спячку зверька можно наступить, подбросить его в воздух, и поймать, и он даже не пискнет.
Однако маленькие спящие зверьки не остаются «сонными» всю зиму подряд. Каждые несколько недель, а иногда даже один раз в четыре дня, эти зверюшки просыпаются от спячки, точно так же, как люди «отходят» после наркоза.
Они пьют воду, даже немного едят, справляют естественные потребности.
Интересный факт: каждые несколько дней или недель животные, впавшие в истинную спячку, просыпаются, чтобы поесть, попить и справить естественные потребности.
Они могут оставаться в бодрствующем состоянии до суток, затем снова возвращаются в свое анабиотическое состояние. За время зимней спячки такие животные теряют в весе до 40 процентов.
Спячка у медведей
Медведь в спячке
В противоположность этому у медведей столь драматических изменений в организме не происходит. Температура тела не опускается столь резко, частота пульса снижается мало.
Они вполне ориентированы в пространстве и времени. Спячку медведей лучше называть дремотой.
Однако есть специалисты, которые считают, что именно медведи впадают в истинную спячку, так как они могут проспать всю зиму, и даже больше, ни разу не проснувшись.
Медведь может пролежать в берлоге, не прикоснувшись ни к еде, ни к воде в течение семи месяцев. Возьмем для примера бурого медведя, он такой же теплокровный, как и мы с вами. Эти создания каждый год «машут миру ручкой» на четыре месяца. Иногда они уединяются в пещерах или устраивают себе берлоги в дуплах деревьев.
Некоторые медведи просто разгребают листья и ложатся на землю. В течение зимы спящих медведей постепенно заваливает снегом.
Каким образом медведи переносят столько времени без пищи и воды, да к тому же на жестоком морозе? Медведь каким – то образом подвергает свой организм коренной перестройке, клетки начинают очень бережно расходовать энергию, поддерживая жизнедеятельность организма на необходимом минимальном уровне. Летом же медведь не просто много ест, он объедается. Лето для него — это праздник переедания.
За сезон на медведе нарастает слой жира до 15 сантиметров толщиной. Весь процесс летнего питания медведя очень похож на откорм жирной свиньи. В день медведь потребляет до 20000 калорий. Это тоже самое, если бы вы съедали в день по 10 завтраков, 10 обедов и 10 ужинов.
Интересный факт: спящего в берлоге медведя лучше не трогать, он просыпается мгновенно и в этот момент очень опасен.
Жир — залог выживания
Жир — залог выживания медведя во время зимней спячки. Когда медведь готовится к зиме, его организм претерпевает некоторые изменения. В нормальном состоянии, когда медведь спит, частота его сердечных сокращений составляет 40 ударов в минуту.
По мере того как медведь погружается в спячку, частота сердечных сокращений доходит до восьми ударов в минуту. Температура тела снижается на 5 градусов Цельсия.
Медведю в этом смысле далеко до суслика, но если бы температура снизилась на 5 градусов Цельсия у человека, то это доставило бы много хлопот домашнему врачу.
Погруженный в спячку медведь для поддержания жизни обходится очень малым потреблением энергии. Вместо того чтобы получать ее с пищей, медведь медленно сжигает накопленный за лето жир.
При полном сгорании жира образуются углекислый газ и вода. Во время спячки медведь не мочится, то есть практически не теряет воду.
Поэтому даже без воды медведь способен сносно поддерживать свой водный баланс за счет сжигания жира.
Поскольку медведь использует для спячки такие способы обмена веществ, которые не могут использовать, скажем, суслики, их «сон» не столь глубок, как у мелких грызунов.
Температура тела у медведей никогда не опускается до температуры окружающей среды, и частота пульса не бывает очень маленькой. Что можно добавить к сказанному? Не пытайтесь трогать погруженного в спячку медведя, вы можете сильно от этого пострадать.
Такой «спящий» медведь только выглядит безобидным и тихим, но на самом деле он вполне ориентируется в обстановке и готов к схватке. У него часто даже открыты глаза.
У медведей, как говорят в народе, отвратительный характер, и когда они голодны, они способны съесть друг друга. Поэтому спящий медведь должен держать ушки на макушке, чтобы его не съел бродящий по лесу злой и голодный медведь – шатун.
Если бы температура тела медведя упала до температуры окружающей среды, и он погрузился бы в глубокую спячку, то подверг бы себя большим опасностям.
Поэтому медведь как бы придумал для себя особую форму спячки, более приспособленную к реальным жизненным условиям, чем истинная спячка грызунов.
Спячка для людей
За лето медведь нагуливает толстый слой жира, потребляя в день 20000 калорий. Ученые, изучающие механизмы зимней спячки животных, хотели бы найти и извлечь какую – либо пользу для человека из своих изысканий.
Например, если бы удалось выделить те химические вещества, с помощью которых животные погружаются в спячку, то эти вещества можно было бы использовать для охлаждения тела человека при проведении некоторых хирургических операций.
