Группа экспертов при Европейском космическом агентстве изучает, есть ли безопасный способ погрузить человека в состояние «спячки». Один из экспертов, учёный-невролог из Оксфордского университета Владислав Вязовский, в своей статье, опубликованной в издании The Conversation, рассказывает о том, зачем это нужно и какие могут быть последствия.
Животные впадают в спячку, потому что для них это оптимальный способ переждать то время, когда трудно найти корм. В этот период химические реакции в организме замедляются. Частота сердечных сокращений, дыхание, потребление энергии - все эти показатели уменьшаются. Может снизиться и температура тела.
Умение впадать в спячку пригодилось бы и человеку, особенно если он в течение нескольких лет живёт в космическом аппарате, который летит за пределы Солнечной системы. Путешествие к Марсу, ближайшей к нам планете, может занять на нынешнем этапе технического прогресса около восьми месяцев. А путь за пределы Солнечной системы растянулся бы на несколько лет, даже если космический корабль будет лететь со скоростью света.
Если будет возможность погрузиться в длительный «сон», то долгие путешествия были бы менее утомительными для астронавтов. Более того, так они сохранили бы свои жизненные ресурсы.
Предложения «усыплять» космонавтов уже звучали. В 2015 году доктор Марк Шаффер из Атланты разъяснил, что можно использовать систему под названием Rhino Chill. Через нос в организм поступает охлаждающая жидкость, температура тела постепенно понижается до 32 градусов Цельсия - человек входит в состояние онемения. Когда экипаж достигает места назначения, подача жидкости прекращается, и это позволяет астронавтам проснуться. Это означает, что до Марса они могли бы добраться в небольшой капсуле.
В медицине в состояние оцепенения сейчас иногда вводят критических больных, которые получили травмы, но этот метод не применяют больше недели.
В отличие от человека, животные «знают», как безопасно и спонтанно входить в состояние оцепенения. Вопросу о том, как они это делают, посвящено множество исследований, но пока нашлось мало вразумительных ответов. Возможно, режим спячки запускается «снизу вверх», то есть изменения сначала происходят в отдельных клетках организма на молекулярном уровне. Есть теория, что процесс идет «сверху вниз», то есть нервная система или гормоны подают сигналы организму.
Главной опасностью для человека, если он будет входить в спячку, являются возможные последствия для мозга. Ошибочно думать, что животные находятся в спячке по полгода - они регулярно выходят из этого состояния, чтобы погрузиться в обычный глубокий сон. Это заставило некоторых учёных предположить, что спячка - это «бессонное» состояние. Есть вероятность, что оно может изменить мозг, если тот не будет восстанавливаться с помощью механизмов сна. К тому же мозг очень чувствителен к недостатку кислорода и нуждается в защите на то время, когда снижена подача крови и питательных веществ к нему.
Также известно, что «спячка» реорганизует синаптические связи, а они являются основой нашей памяти. При этом исследования на животных, например на летучих мышах, показывают, что большинство воспоминаний сохраняются даже после многих месяцев, проведённых в состоянии почти полной нейронной депрессии.
Пока учёные не уверены, возможно ли безопасно погружать человека в спячку. Для этого, как пишет Владислав Вязовский, необходимо изучить ключевые участки мозга и определить ключевые молекулярные пути, которые регулируют функцию сна.
Профессор кафедры фармации Первого московского государственного института имени И.М. Сеченова Евгений Абизов (ранее около 15 лет там же преподавал биологию, зоологию, теорию эволюции. - Прим. ред.) рассказал, что у животных есть свои способы «поддерживать здоровье» в спячке. Например, медведи долго готовятся к ней - накапливают жир. В берлоге они сосут лапу, благодаря этому выделяется желудочный сок и работа желудочно-кишечного тракта поддерживается на минимальном уровне. Если бы этого не происходило, не работали бы - также на минимальном уровне - другие органы: отмирали бы клетки головного мозга, останавливался бы кровоток, вследствие чего наступила бы смерть животного.
Евгений Абизов напомнил, что коммерческие компании уже довольно давно «замораживают» безнадежно больных людей, находящихся в коме. Этот бизнес рассчитан на тех, кто верит, что в будущем их можно будет «оживить». Но пока, как отмечает Евгений Абизов, не придуман способ, позволяющий восстановить функции «замороженного» организма.
Заведующий отделением сомнологии Федерального научно-клинического центра оториноларингологии ФМБА Александр Мельников отметил, что, прежде чем тестировать препараты для «спячки» на людях, необходимо, как это обычно и делается, провести исследования на животных.
Пока я отношусь скептически к этой идее, всё это похоже скорее на бред, - сказал он. - Если сейчас кто-то начнёт проводить эксперимент прямо на человеке, тот может просто умереть. Это опасно.
Зимняя спячка – очень интересный и сложный процесс, заслуживающий нашего внимания и наблюдений. В зимнюю спячку впадают животные, проживающие, в своем большинстве, в умеренном климате (теплое лето и холодная зима). Для многих животных спячка является единственным способом выживания во время морозной зимы, так как в это время им очень сложно добыть себе питание.
Во время зимней спячки (или гибернации) у животного замедляются процессы жизнедеятельности и обмена веществ, а также пульс и частота дыхания. Животное начинает готовиться к спячке за несколько месяцев до начала холодов. Перед спячкой он накапливает жир для того, чтобы пережить этот сложный период.
Существует также оцепенение и анабиоз, характеризующиеся более крепким сном и еще большим замедлением внутренних процессов.
На первом месте в этом рейтинге стоит, конечно же, всем известный медведь. Однако, оказывается, только три вида медведей впадают в спячку (бурый, черный и гималайский). Остальные же медведи (в том числе, белые) в спячку не впадают.
Сон медведя не такой крепкий, как у других животных, впадающих в спячку. Медведь спит чутко и поверхностно. Температура тела практически не понижается, и все внутренние процессы работают в привычном ритме. Однако, будить медведя в спячке крайне не рекомендуется. Разбуженный медведь очень агрессивен, зол и опасен. Часто медведь просто шатается по лесу, расходуя свою накопленную до зимы энергию и теряя свои жировые запасы. Такие медведи называются «шатунами».
За время спячки медведь может потерять до половины собственного веса.
фото 4
Ежи не делают запасов на зиму, так как питаются, преимущественно, насекомыми. Поэтому им приходится запасаться жиром в летний сезон, а зимой спать. К зиме (в октябре) ежи жиреют и впадают в спячку, находя себе убежище в густых кустах, углублениях почвы, засыпанных опавшей листвой, среди лесного хвороста. Просыпается еж только с прекращением заморозков.
3. Суслик.
Суслики относятся к животным, которые очень долго могут пребывать в спячке, до 9 месяцев в году. После пробуждения, у них наступает чаще всего непродолжительный период бурной активности.
Не все летучие мыши впадают в спячку. Это напрямую зависит от климата и среды обитания. Если температура в районе обитания рукокрылых падает зимой ниже нуля, они либо впадают в спячку в пещерах или других защищенных местах, либо мигрируют в более теплые места. Спячка напоминает глубокий сон, при котором сердцебиение едва заметно, а дыхание замедляется до одного вдоха-выдоха за 5 мин. У активного зверька температура тела составляет 37-40° C, во время спячки же она опускается до 5°C.
Все сурки, независимо от вида, впадают в зимнюю спячку.
Исследования показали, что сурки предпочитают растения, богатые полиненасыщенными жирными кислотами, более высокая концентрация которых в жировой ткани спящих животных помогает им переносить во время зимней спячки более низкие температуры. К концу лета сурки накапливают до 800-1200 г жира, что составляет до 20-25 % их веса. Во время спячки жизненные процессы у сурков почти замирают: температура тела падает с 36-38 до 4,6-7,6 °C, дыхание замедляется до 2-3 вдохов в минуту вместо нормальных 20-24, а сердцебиение - до 3-15 ударов в минуту вместо 88-140. Зимой сурки не питаются и почти не двигаются, существуя за счет запасов накопленного жира. Однако, поскольку расходы энергии во время спячки низкие, весной сурки нередко просыпаются достаточно упитанными, с запасом 100-200 г жира.
На зиму барсуки погружаются в сон. Так же, как у медведей, он почти не сопровождается понижением температуры тела и замедлением основных жизненных функций. К осени барсук накапливает значительные запасы подкожного жира, так что вес его увеличивается чуть ли не вдвое. Ко времени залегания нора его уже вычищена, гнездовая камера наполнена свежей подстилкой, входные отверстия барсук, залезая последний раз в нору, забивает землей и листьями. Если на зиму в одном общем "барсучнике" залегает несколько зверей, то каждый спит в отдельной гнездовой камере. Звери перестают появляться на поверхности после выпадения первого снега. Весной они пробуждаются с началом активного снеготаяния, когда среднесуточная температура переходит нулевую отметку.
Австралийская ехидна плохо приспособлена не только к холоду, но и к жаре, поскольку у неё нет потовых желез, а температура тела очень низкая - 30-32 °C. При жаркой или холодной погоде она становится вялой; при сильном похолодании впадает в спячку продолжительностью до 4 месяцев. Запасы подкожного жира позволяют ей при необходимости голодать месяц и более.
С началом осенних ночных заморозков тушканчики впадают в спячку в глубоких норах с несколькими зимовочными камерами, запасов на зиму они не делают.
9. Холоднокровные.
Холоднокровные позвоночные животные: земноводные (лягушки, тритоны), пресмыкающиеся (ящерицы, змеи), и рыбы при наступлении холодов, впадают в анабиоз (или оцепенение), при котором все внутренние процессы замедляются настолько, что иногда животное можно принять за мертвое. Зимнее оцепенение наступает у них при понижении температуры окружающей среды. Животные прячутся в укромных местах (в норах, под корягами) и впадают в оцепенение до наступления весны.
Другой вид оцепенения – «летнее оцепенение». В него впадают животные – жители жарких стран, при выгорании растительности. Например, степные черепахи при летнем оцепенении «высыхают», то есть, теряют очень много воды. В зимнюю же спячку впадают следующие виды черепах: средиземноморская, среднеазиатская, черепаха Германа и зубчатая черепаха.
Большое количество насекомых тоже впадает в спячку или анабиоз. У насекомых этот процесс носит название «диапауза». Перед началом холодов они находят себе укромные места, прячутся в землю, под кору деревьев, забиваются в углы и трещины и впадают в глубокий сон. Например, пауки, жуки и бабочки прячутся на зиму под корой деревьев или пней, пчелы зимуют в дуплах.
Как бы то ни было, с началом весны и приходом тепла, все эти животные оживают, пробуждаются от крепкого сна, покидают свои теплые зимние убежища для того, чтобы начать новый цикл своей жизни.
Если верить календарю, зима длится три месяца. На деле мы получаем целое зимнее полугодие. Начиная от промозглых осенних ветров и заканчивая весной, которая не торопится растопить слежавшийся снег, а вместо этого устраивает нам полосу препятствий в виде гололеда и постоянно промокшей обуви. От этих мыслей хочется поплотнее закутаться в одеяло, отвернуться к стенке да так и пролежать, пока из-под земли не полезет зеленая травка.
Если у вас нет возможности уехать на зимовку в теплые края, берите на вооружение наши советы. Они помогут снова стать бодрыми, работать и отдыхать с удовольствием, даже если на улице темно и холодно.
1. Не ешьте что попало
Зимой руки сами тянутся к шоколадным конфетам, печеньям, тортам и другим сладостям. И дело не только в Новом годе и связанных с ним застольях. В зимней тяге к сладкому есть своя логика: потребление сахара повышает уровень гормонов радости в крови, мы сразу становимся бодрыми и заряжаемся оптимизмом. Вот только этот эффект быстро проходит, и мы чувствуем себя еще более уставшими и разбитыми, чем до того, как съели сладость.
Вывод: ограничьте или совсем исключите из рациона сладкие продукты. Для восстановления перекусывайте продуктами, содержащими белок, или поэкспериментируйте со свежевыжатыми соками.
Также не стоит налегать на тяжелую пищу. Вместо этого попробуйте добавлять в блюда больше специй: они «разогревают» организм, а чувство сытости появляется быстрее.
2. Выбирайте напитки с умом
Об очевидных причинах, почему не стоит налегать на алкоголь, мы рассказывать не будем. Потребление кофе тоже стоит ограничить. Мы привыкли, что после чашки кофе вновь чувствуем прилив бодрости. Однако, как и в случае со сладостями, стимулирующий эффект быстро улетучивается , а ему на смену приходит еще большая усталость. Мы хватаемся за новую порцию кофе, и так по кругу, пока окончательно не истощим наш организм. Плюс ко всему каждая последующая чашка кофе – верный способ заработать бессон н ицу.
Бодрящий эффект подарит не только кофе. Пейте другие энергетические напитки, которые отличаются более мягким действием. Например, травяной чай с измельченным имбирем или соком лайма. Хорошо действует горячее какао с корицей или даже горячий шоколад.
3. Правильно спите
Звучит парадоксально, но, чтобы не впадать в зимнюю спячку, нужно высыпаться. Зимой организму требуется больше отдыха, чем летом. Причина тому - короткий световой день и холодная погода. Чтобы хорошенько выспаться, гасите все источники света, купите шторы, не пропускающие свет с улицы, и плотно задвигайте их на ночь. И не забывайте проветривать комнату, в которой спите: совет актуален, даже если на улице мороз.
4. Правильно просыпайтесь
Если со сном все в порядке, возможно, на вашу сонливость влияет неправильная процедура подъема по утрам. Тут тоже есть свои хитрости. Во-первых, сразу, как встаем, включаем свет и стараемся не щуриться: так организм быстрее проснется, всего за несколько секунд. Затем делаем зарядку. Если совсем лениво, ограничьтесь приседаниями и наклонами вперед. После разминки умойтесь холодной водой - она подбодрит.
5. Больше двигайтесь, желательно на свежем воздухе
Физкультура не хуже, чем шоколад, способствует выработке гормонов радости. Если не хочется ползти в метель до зала, занимайтесь дома по онлайн-урокам. Любая физическая активность помогает бороться с хандрой. И особенно - на свежем воздухе. Будь то прогулка по красивому зимнему лесу, катание на коньках или бег на лыжах. Если вы занимаетесь чем-то увлекательным, то скоро забудете о прохладной погоде и начнете получать удовольствие от процесса.
6. Подберите правильную одежду
Для того чтобы зимние прогулки не превращались в пытку, инвестируйте часть средств в покупку хорошего термобелья или непродуваемого горнолыжного костюма. Позаботьтесь об обуви: она должна быть теплой, не промокать, не скользить и нигде не натирать. Тогда долгие прогулки будут в радость. По возможности выбирайте яркие цвета, они повышают настроение.
7. Придумайте сценарии для домашнего отдыха
Разнообразьте время, которое проводите дома. Вместо любимых сериалов попробуйте приготовить новые блюда, позовите в гости друзей и устройте вечер настольных игр, почитайте друг другу вслух, даже если вы уже взрослые, займитесь рукоделием. Против уныния также работает освоение новых навыков: свяжите модный клатч столбиком, залейте хвойные веточки эпоксидной смолой, смастерите модные подносы из бетона или освойте искусство каллиграфии.
8. Устройте отпуск или длинные выходные
Отпуск и отдых – лекарство от многих проблем, в том числе и от зимней апатии. Даже само ожидание отпуска делает нас счастливее. Если график не позволяет улизнуть надолго, организуйте длинные выходные и берите билеты до соседнего города. Еще один хороший вариант для очень занятых людей – так называемый полувыходной. Посреди недели, в среду или в четверг, заканчивайте с делами часа на два пораньше и отправляйтесь радовать себя: в ресторан, на каток или на прогулку. Главное – запланируйте развлечения заранее, чтобы не просидеть свободное время у компьютера.
9. Думайте о хорошем
Если все время думать о том, как все плохо, так оно и будет. То же самое и с зимней ленью. Отпишитесь от пабликов, которые постят картинки о тяжелых понедельниках и шутки вроде «разбудите меня весной». Да и сами поменьше зацикливайтесь на том, что зимой тяжело жить. Лучше займите свою голову приятными мыслями. Например, попробуйте выполнить все и не забывайте почаще улыбаться.
Многие из нас чувствуют себя сонными в зимний период, но мы не можем впасть в спячку, в отличие от многих животных. Медведи скрываются в своих берлогах, колонии летучих мышей прячутся на чердаках и в пещерах, шмели зарываются в почву, а ежи отправляются в свои норы.
Все виды животных впадают в спячку, от насекомых и амфибий до птиц и приматов. И хотя человек и может не выбираться из постели холодными зимними днями, сон в течение длительного времени, к сожалению, не для нас. Все это кажется немного несправедливым. Если зимняя спячка приносит столько выгоды множеству животных, почему мы не можем этого делать?
Причины спячки
Чтобы ответить на этот вопрос, для начала нужно выяснить, почему так делают животные. Наиболее очевидная причина гибернации (зимней спячки) - это холод. Спячка помогает существенно сэкономить энергию. Температура тела снижается, дыхание замедляется, точно так же, как метаболизм и частота сердечных сокращений. Именно в зимнее время впадать в спячку для животных выгоднее всего. Учитывая суровые условия и ограниченное количество еды, множество животных делают выбор в пользу спячки. Они откармливаются в течение лета, а затем живут за счет жировых запасов, пока не наступит время проснуться.
В соответствии с этим гибернация более распространена в Северном полушарии. Большая часть суши в Южном полушарии находится вблизи экватора, поэтому зимы там намного мягче.
Однако это - не твердое правило. Некоторые виды, живущие в теплом климате, также впадают в спячку. Примером может служить карликовый лемур на Мадагаскаре или южноафриканский еж, живущий на территории Анголы и Зимбабве.
Сони-рекордсмены
Более того, гибернация не ограничивается холодными месяцами. В 2015 году ученые исследовали сонь. Они обнаружили, что у этих животных гибернация продолжается, даже когда морозы отступают. Некоторые из этих животных спят под землей на протяжении 11,4 месяцев. Это самый длинный период спячки, который был зарегистрирован в дикой природе. При этом в области исследования было холодно только 4-5 месяцев. Очевидно, для гибернации есть и другие причины, помимо холода. В случае с сонями разгадка крылась в плодоношении местных европейских буков. Иногда они плодоносят намного лучше, чем в другие годы, и производят небывалый урожай семян, которыми питаются сони. Каким-то образом животные предсказывали, когда это произойдет, и если урожай был небогатым, оставались под землей. Сони могут употреблять в пищу и другие растения, однако без семян бука они не смогут набрать достаточную жировую массу, чтобы воспроизводить потомство. Кроме того, это потомство также не сможет выжить без семян. Поэтому в неурожайные годы сони пропускают период размножения и остаются под землей. Это увеличивает их шансы на выживание.
Как избавиться от хищников?
Кроме того, у этих животных есть еще одна причина оставаться в норах: хищники. Оставаясь под землей, сони становятся недосягаемыми для сов и других хищных птиц. А это как раз и является основной причиной смерти маленьких млекопитающих. Под землей животное значительно труднее найти.
До недавнего времени мы воспринимали гибернацию как способ экономить энергию, защиту от холодной погоды и решение проблемы с нехваткой продовольствия. Однако сейчас ученые думают, что с помощью спячки животные могут избежать хищников. Показатели выживаемости в период спячки близки к 100%.
Изменение способа жизни
Какой бы ни была причина, но гибернация, кажется, изменила способ жизни животных. К примеру, некоторые из сонь, которых изучали ученые, достигали возраста 12 лет. Это экстраординарно для небольшого грызуна, который в дикой природе в среднем живет не более трех месяцев. Гибернация помогает им избегать хищников.
Исследование 2011 года показывает, что все животные, склонные к гибернации, больше энергии тратят на собственное выживание и, как следствие, увеличивают продолжительность жизни. При этом темпы воспроизведения потомства падают. Спячка замедляет темп жизни.
Это значит, что гибернация может влиять на жизнь целых экосистем, изменяя скорость, с которой животные размножаются, и заставляя хищников искать альтернативную добычу.
Когда животные начали впадать в спячку?
Но хотя ученые и имеют несколько идей относительно того, почему возникло само явление гибернации, они не имеют ни малейшего представления о том, когда это произошло. Было высказано предположение, что динозавры, живущие вблизи Северного полюса, возможно, впадали в спячку. Тем не менее, регулярная гибернация оставляет микроследы в структуре костей животных, но ни одно из исследований не обнаружило подобных доказательств.
Несмотря на отсутствие этих доказательств, гибернация и апатия явно развивались миллионы лет. Например, все три основные группы млекопитающих используют эти методы, а их развитие стало различаться десятки миллионов лет назад. Это говорит о том, что, по крайней мере, некоторые животные, от которых произошел человек, также могли впадать в спячку.
Что мешает человеку спать всю зиму?
Тем не менее, человек потерял ключевые способности для гибернации. К примеру, наше сердце не может работать, если становится слишком холодно. Сердце человека не может работать при переизбытке кальция, в таком случае оно останавливается. Ниже определенной температуры наш организм не может выводить кальций, поэтому сердце прекращает работу. Человеческое сердце останавливается при температуре тела ниже 28 градусов.
В отличие от нас, сердце животного, которое впадает в спячку, может продолжать работать при температуре тела в один градус. У них есть специальные насосы для удаления кальция, которых нам не хватает.
Отсюда возникает еще один вопрос: почему наш организм не имеет таких приспособлений? Наш образ жизни может быть ключевым фактором.
Во всем виновато происхождение?
Человек развивался в экваториальной Африке, глубоко в тропиках, где не существует особых проблем с пищей. Это значит, что мы не нуждались в гибернации, чтобы пережить суровые условия. Те не менее, в тех же тропиках есть достаточно много животных, которые впадают в спячку. Это касается и карликовых лори.
Они особенно бросаются в глаза, поскольку лори - приматы, и относятся к той же семье, что обезьяны и люди. До сих пор были известны только три вида приматов, которые впадают в спячку, и все они являются лемурами из Мадагаскара. Однако лори живет на континенте, поэтому открытие указывает на то, что среди приматов гибернация является более распространенной, чем мы могли ожидать.
Это значит, что наше тропическое происхождение снижает вероятность того, что человек смог бы развить способность к спячке, однако само по себе не исключает его.
Не менее важным является то, что человек тоже хищник, поэтому сам решает, на какую добычу сегодня охотиться. Поэтому нам не нужна была спячка, чтобы избежать хищников.
Размеры тела
Еще одна причина может крыться в размерах тела. Средний вес животных, которые впадают в спячку, ровняется 70 г. Очевидным исключением из этого правила является медведь, однако он не впадает в спячку так глубоко, как другие животные. Они не настолько сильно понижают температуру тела, ведь понадобилось бы много энергии, чтобы снова согреться.
По сути, есть контрольный список факторов, которые побуждают животных к гибернации, но к человеку не имеет отношения ни один из них.
состояние оцепенения, или «глубокого сна», характеризующееся существенным понижением температуры тела, энергозатрат и интенсивности всех физиологических процессов.Животных, способных поддерживать температуру тела за счет внутренней теплопродукции, называют эндотермными - в отличие от эктотермных, температура тела которых зависит от температуры окружающей среды. К эндотермам относятся в первую очередь все теплокровные, т.е. млекопитающие и птицы (теплокровных и холоднокровных животных нередко называют соответственно гомойотермными и пойкилотермными). Впадающих в спячку теплокровных можно определить как гетеротермные эндотермы; гетеротермия означает периодическое изменение температуры, в данном случае - ее падение ниже уровня, соответствующего активному образу жизни.
Спячка может быть сезонной. Наиболее известна зимняя спячка, или гибернация, длящаяся с осени по весну. Однако состояние организма на протяжении всего этого времени не остается неизменным. Эпизоды оцепенения с резким замедлением физиологических процессов и максимальным падением температуры тела чередуются с «отогреваниями», когда внутренняя теплопродукция усиливается, и короткими «передышками» с высокой температурой тела и нормальным энергетическим обменом (нормотермные периоды).
У видов, впадающих в зимнюю спячку, температура тела обычно падает ниже 10
° С. Минимальная температура 3 ° С зафиксирована у длиннохвостых сусликов, хотя у большинства особей этого вида она не опускается ниже 5 ° С. Интенсивность метаболизма (оцениваемая по потреблению O 2 и выделению CO 2 в единицу времени) в состоянии оцепенения снижается примерно до 5% от уровня основного обмена и может не достигать даже 1% уровня, свойственного активно ведущей себя особи. Впадающие в зимнюю спячку млекопитающие, как правило, невелики: их масса не превышает 10 кг, а в большинстве случаев составляет от 10 г до 1 кг. Эстивация - летняя спячка, связанная с сезонным дефицитом воды. У некоторых сусликов спячка начинается в самое жаркое время года и продолжается всю зиму, так что границу между летней и зимней спячками у них провести трудно. Остается неясным, существуют ли между двумя этими состояниями физиологические различия, если не считать разницу в температуре тела, которая жарким летом, очевидно, будет выше, чем зимой. Суточная спячка . Этот тип оцепенения широко распространен не только у млекопитающих, но и у птиц, и может происходить в любое время года. Замедление физиологических процессов при суточной спячке не столь значительно, как при сезонной. Температура тела обычно опускается примерно до 18 ° С, хотя у некоторых видов падает и ниже 10 ° С, а интенсивность метаболизма составляет около трети уровня основного обмена. Оцепенение такого рода длится всегда меньше суток. Виды, впадающие в зимнюю спячку, могут переживать такие же короткие эпизоды оцепенения в начале и в конце периода спячки, однако, судя по всему, физиологический механизм здесь иной, чем при суточной спячке, так как интенсивность метаболизма, как правило, снижается гораздо сильнее. В среднем животные с суточной спячкой мельче тех, у кого она сезонная: масса большинства из них составляет от 5 до 50 г. Млекопитающие и птицы . Раньше считалось, что сезонная спячка и оцепенение свойственны лишь небольшому числу млекопитающих и птиц, обитающих в условиях холодного климата. Однако постоянно обнаруживаются все новые гетеротермные виды, причем встречаются они от Арктики до тропиков.Среди птиц в зимнюю спячку, сходную с наблюдаемой у млекопитающих, впадает американский белогорлый козодой (
Phalaenoptilus nutta l lii ). В периоды оцепенения температура его тела составляет ок. 5 ° С, но каждые несколько суток на короткое время повышается. Суточная спячка у птиц довольно обычна и у дневных видов происходит ночью; к таким видам относятся, например, голуби, козодои, колибри, стрижи, ласточки, нектарницы и манакины. У многих птиц по ночам наблюдается т.н. «ночная гипотермия», т.е. небольшое (более слабое, чем во время суточной спячки) замедление физиологических процессов и снижение температуры тела. Последняя в этом случае падает примерно на 5 ° С, а интенсивность метаболизма бывает чуть ниже уровня основного обмена или даже ему соответствует, что, однако, составляет около половины интенсивности метаболизма отдыхающей днем птицы. Ночная гипотермия отмечена у синиц, вьюрков, воробьев, белоглазок, медососов и многих других мелких пернатых.Среди млекопитающих сезонная спячка известна у многих видов из всех трех подклассов. Она наблюдается у яйцекладущей (однопроходной) ехидны в Австралии и по крайней мере в двух семействах сумчатых - у австралийских поссумов-пигмеев (Burramyidae) и чилийского опоссума (
Dromiciops australis , семейство Micr o biotheriidae) в Южной Америке. В подклассе плацентарных сезонная спячка известна у представителей отрядов насекомоядных (ежи), рукокрылых (насекомоядные летучие мыши) и грызунов (сони, сурки, бурундуки, суслики). По-видимому, летняя спячка свойственна некоторым мадагаскарским приматам. То, что принято считать зимней спячкой у крупных хищных (медведей, барсуков), на самом деле представляет собой принципиально иное физиологическое состояние и называется зимним сном или зимней анорексией (потерей аппетита). Температура тела в этом случае снижается всего на несколько градусов.Суточная спячка широко распространена и среди небольших зверьков. Она известна в нескольких семействах сумчатых в Австралии (у хищных сумчатых, мелких поссумов) и Южной Америке (у мышевидных опоссумов). Из плацентарных в нее впадают насекомоядные (землеройки), летучие мыши, крыланы, приматы (мышиные лемуры), хищные (скунс, американский барсук), грызуны (белоногие хомячки, песчанки) и прыгунчиковые.
Пресмыкающиеся и другие животные . Состояние сезонного оцепенения свойственно не только эндотермным млекопитающим и птицам, но и широко распространено среди эктотермных позвоночных (рыб, земноводных, пресмыкающихся) и беспозвоночных (например, насекомых и улиток). Однако у эктотермов это состояние отличается тем, что животное не способно активно отогреваться за счет внутренней теплопродукции и целиком зависит от внешних источников тепла.У многих пресмыкающихся и рыб в состоянии сезонного оцепенения (у холоднокровных животных спячкой его называть не принято) не только резко снижается интенсивность обмена веществ; когда возникают гипоксические условия, т.е. в организме уменьшается содержание кислорода, они переключаются на анаэробный метаболизм. У земноводных в состоянии оцепенения, по-видимому, продолжается газообмен, соответствующий крайне слабому аэробному обмену веществ. Большинство эктотермных позвоночных зимует в местах, где они защищены от промерзания. Однако некоторые сухопутные виды (лягушки, черепахи) способны переживать и полное замораживание, тогда как рыбы могут быть окружены льдом, но сами, по-видимому, при этом не промерзают. У видов, устойчивых к замерзанию, в жизненно важных органах снижается содержание воды и возрастает концентрация глюкозы и других веществ, называемых криопротекторами. Эти соединения препятствуют кристаллизации льда, которая увеличивала бы объем клеток, и тем самым защищают от разрушения их мембранные структуры. Многие беспозвоночные, в частности насекомые и обитатели морской литорали, также могут переживать замерзание.
Беспозвоночным свойственны различные формы оцепенения со значительным снижением интенсивности обмена веществ. Некоторые брюхоногие моллюски способны при неизменной температуре снизить его на 90% по сравнению с активным состоянием. В отсутствие кислорода скорость метаболических процессов у рачка артемии составляет всего 0,002% от уровня, соответствующего активному состоянию. Зимнее оцепенение у насекомых индуцируется низкой температурой окружающей среды, а летнее является реакцией на дефицит воды и жару. С другой стороны, возникающая на определенной стадии их жизненного цикла диапауза, т.е. период физиологического покоя и временной остановки развития, обычно не связана со специфическими средовыми факторами, а запрограммирована чисто генетически
. Преимущества и недостатки . Основное преимущество спячки и других рассмотренных состояний покоя состоит в том, что они позволяют существенно снизить энергозатраты. Даже если учитывать периодические пробуждения, млекопитающее во время зимней спячки тратит менее 15% того количества энергии, которая потребовалась бы ему для поддержания зимой нормальной температуры тела. Масштабы такой экономии, вероятно, лучше всего иллюстрирует тот факт, что многие впавшие в спячку звери в течение 5-7 месяцев существуют исключительно за счет жировых запасов, накопленных перед наступлением неблагоприятного сезона.К потенциальным недостаткам долгосрочного оцепенения относится возможность гибели от истощения или иссушения организма. Опасность представляет также промерзание при экстремальном похолодании или недостатке энергетических резервов, необходимых для терморегуляции. В период глубокой спячки животные неподвижны, а значит, беззащитны перед хищниками. К отрицательным последствиям сезонной спячки относятся также ослабление иммунитета и атрофия скелетной мускулатуры.
Регулирующие факторы . Наступление зимней спячки у многих видов определяется сезонным изменением фотопериода, т.е. соотношения светлого и темного времени суток. Сокращение долготы дня индуцирует уменьшение размеров органов размножения у животных и начало их подготовки к гибернации. Однако не всем видам свойствен фотопериодизм. Например, у многих сусликов наблюдается четкий цирканнуальный (окологодичный) биоритм, определяющий сезон спячки в общем независимо от фотопериода. Для ряда видов, живущих в местообитаниях с непредсказуемыми колебаниями средовых факторов, характерна нерегулярная спячка. Они способны впадать в продолжительное оцепенение в любое время года, когда условия становятся неблагоприятными для активной жизнедеятельности. Подготовка . В период подготовки к спячке важной особенностью животных становится накопление жира и / или запасание корма. Одной из форм подготовки служит также усиленное потребление жирных кислот, которые повышают устойчивость организма к длительному оцепенению. Крайне важен выбор подходящего для спячки убежища. Им часто служат норы, пещеры или горные выработки, в которых животное защищено не только от хищников, но и от экстремальных температур. В большинстве зимних убежищ температура всегда хотя бы на несколько градусов выше нуля, даже если снаружи стоят сильные морозы.У многих видов впадению в сезонную спячку предшествуют короткие эпизоды оцепенения с сохранением относительно высокой температуры тела. Однако такая «разминка» наблюдается далеко не всегда. Тем не менее температура тела и интенсивность метаболизма, по-видимому, достигают минимума только в середине сезона спячки, когда периоды глубокого оцепенения особенно продолжительны.
Физиологические изменения . Во время оцепенения происходит не только снижение температуры тела и интенсивности метаболизма. Значительно сокращается частота сердечных сокращений - до 5-10 ударов в минуту. Хотя минутный сердечный выброс может уменьшиться на 98%, кровяное давление падает всего на 20-40%, поскольку со снижением температуры увеличивается вязкость крови. Более того, кровоснабжение сердца и т.н.«бурого жира», служащего источником энергии, даже улучшается. Дыхание у многих видов в состоянии спячки не равномерное, а состоит из чередующихся периодов полипноэ (учащенного поверхностного дыхания) и апноэ (отсутствия дыхания), которое может длиться более часа; в результате резко снижается поступление кислорода в организм.Хотя во время оцепенения температура тела теплокровных животных может колебаться в зависимости от окружающих условий, как у эктотермных видов, терморегуляция у них не прекращается. Существует определенный температурный порог, ниже которого организм остывать не должен.
Периодические пробуждения . Большая часть энергии во время зимней спячки расходуется на периодические пробуждения. Причины его прерывания понятны не до конца, и по этому поводу существует несколько гипотез. Согласно одной из них, во время оцепенения каким-то образом нарушается физиологический баланс, и нормотермные периоды необходимы для его корректировки. Вероятно, это связано с истощением запасов некоторых питательных веществ (например, глюкозы), которые должны ресинтезироваться, с накоплением вредных соединений, требующих экскреции, или с обезвоживанием организма, т.е. необходимостью увеличить содержание в нем воды. Согласно другим гипотезам, эпизоды оцепенения контролируются биологическими часами, и животные пробуждаются в соответствии с удлиненным циркадианным (околосуточным) ритмом для периодической проверки окружающих условий, или же они вынуждены просыпаться, чтобы сохранить способность к продолжению спячки, поскольку при низкой температуре тела развивается своего рода «сонная задолженность» организма, ликвидируемая в нормотермном состоянии.Причины периодического выхода из оцепенения неизвестны, но установлено, что находящиеся в нем животные становятся чувствительнее к внешним раздражителям при повышении температуры и к концу периода глубокого оцепенения. Тепло для отогревания может генерироваться за счет мышечной дрожи или усиленного окисления бурого жира. Скорость повышения температуры зависит от массы тела животного: у мелких видов (массой менее 10 г) ее максимум составляет более 1
° С/мин, тогда как у крупных (тяжелее 5 кг) не превышает 0,1 ° С/мин. В то же время максимальная скорость отогревания не сохраняется на протяжении всего процесса пробуждения, который длится у мелких животных обычно менее 1 ч, а у крупных - несколько часов.
