Зимняя спячка: как животные переживают холод и нехватку пищи

Зимой животным бывает трудно найти пищу. При этом обычная активность и поддержание высокой температуры тела требуют много энергии. Спячка помогает сократить её расход.

Животное переходит в состояние торпора — период резко сниженной активности и замедленной работы организма. Температура тела, обмен веществ, сердцебиение и дыхание становятся ниже обычного. Насколько сильно они меняются, зависит от вида.

У многих животных спячка состоит из повторяющихся циклов: несколько дней или недель глубокого торпора сменяются периодом пробуждения, после которого животное снова впадает в торпор.

Во время сна организм продолжает работать близко к обычному режиму. Температура тела и обмен веществ меняются относительно мало.

Различается и пробуждение. После обычного сна организм быстро возвращается к привычному состоянию. После глубокого торпора животному приходится постепенно согревать тело и восстанавливать обычную скорость обмена веществ.

Спячка затрагивает сразу несколько процессов в организме. Особенно сильно меняются температура тела, обмен веществ, дыхание и сердцебиение.

Температура тела может опуститься почти до нуля

Насколько сильно животное охлаждается, зависит от вида. У крупных животных изменения могут быть сравнительно небольшими. Например, у бурых медведей температура тела во время зимовки снижается примерно на 4–5 °C по сравнению с обычным уровнем.

Обмен веществ падает до нескольких процентов

В глубоком торпоре организм использует намного меньше энергии, чем в активном состоянии. У некоторых мелких млекопитающих обмен веществ может снижаться до 2–4% от обычного уровня.

Например, у двух видов длинноухих летучих мышей рода Nyctophilus в глубоком торпоре расход энергии составлял всего 2,7 и 4,2% от базового уровня.

При этом жизненно важные процессы продолжаются: сердце сокращается, кровь циркулирует, а клетки получают кислород.

Сердцебиение и дыхание становятся очень редкими

Когда обмен веществ замедляется, организму требуется меньше кислорода. Поэтому сердце и дыхательная система работают значительно медленнее.

У тринадцатиполосного суслика частота сердцебиения во время торпора может снижаться с 200–300 до 3–5 ударов в минуту, а частота дыхания — со 100–200 до 4–6 вдохов в минуту.

У золотистого хомяка в одном исследовании во время глубокой спячки средняя температура тела составляла 9,8 °C, частота дыхания — 1,8 вдоха в минуту, а сердцебиение — 7,8 удара в минуту.

У некоторых летучих мышей дыхание становится ещё более редким. Например, у малой бурой ночницы — вида летучих мышей, распространённого в Северной Америке, — при температуре 5 °C паузы между эпизодами дыхания в одном исследовании в среднем составляли 47,6 минуты.

Пробуждение требует много энергии

Выход из глубокого торпора — активный процесс. Во время пробуждения сердцебиение, дыхание и обмен веществ постепенно возвращаются к обычному уровню. На это организм тратит энергию, поэтому частые пробуждения могут ускорить расход жировых запасов.

Зимняя спячка встречается у многих млекопитающих — например, у ежей, сурков, хомяков и некоторых летучих мышей. Но разные виды используют этот способ пережить холод по-разному.

Европейские ежи могут впадать в спячку на холодный сезон. В исследовании ежей в Северо-Восточной Шотландии средняя температура тела во время зимней спячки в декабре составляла 5,2 °C.

Сурки зимуют в норах и проводят там большую часть холодного периода. Например, у желтобрюхого сурка во время спячки частота сердцебиения может снижаться примерно до 9 ударов в минуту.

Золотистые хомяки способны впадать в глубокую спячку. Этот вид часто используют в лабораторных исследованиях физиологии гибернации.

Летучие мыши зимуют в подходящих укрытиях, например в пещерах. Некоторые виды могут проводить там большую часть холодного сезона, периодически выходя из спячки.

Среди птиц длительный торпор встречается гораздо реже. Один из самых необычных примеров — белогорлый козодой (Phalaenoptilus nuttallii) из Северной Америки. В одном исследовании средняя продолжительность торпора составляла 122 часа — чуть больше пяти суток. Одна птица оставалась неактивной 45 дней, периодически самостоятельно согреваясь.

Для спячки нужны заранее накопленные ресурсы. Поэтому животные готовятся к ней ещё до наступления холодов.

Жировые запасы: топливо на зиму

Перед спячкой многие животные накапливают жир. Для видов, которые зимой почти не едят, он становится главным источником энергии.

Например, у малой бурой ночницы доля жира перед началом спячки в одном исследовании достигала примерно 27% массы тела, тогда как летом составляла около 7%.

Некоторые животные используют другой способ — запасают пищу. Так поступают отдельные виды грызунов, которые прячут семена и другие продукты в норах.

У медведей подготовка к зимовке тоже связана с накоплением жира: осенью они значительно увеличивают потребление пищи и набирают массу, которую затем используют во время зимовки.

Что запускает спячку

Спячка начинается не только из-за похолодания. На сезонные изменения могут влиять продолжительность светового дня, температура, доступность пищи и внутренние биологические ритмы. Значение каждого фактора зависит от вида.

Когда наступает подходящий сезон, животное постепенно переходит к зимнему режиму и устраивает место для зимовки — например, нору или другое защищённое укрытие.

Если разбудить зимующее животное, оно выйдет из торпора: температура тела повысится, дыхание и сердцебиение ускорятся, животное станет активнее. После этого оно может снова впасть в спячку.

Для некоторых животных такие пробуждения — нормальная часть зимовки. Например, многие летучие мыши регулярно сами выходят из торпора, а затем возвращаются в него.

Проблема возникает, когда животное тревожат слишком часто. Каждое пробуждение требует восстановления активного состояния, и запасы жира расходуются быстрее. Если они закончатся раньше конца зимы, животному может не хватить энергии, чтобы пережить холодный период.

Человек не впадает в естественную зимнюю спячку. У людей нет природного механизма, который позволял бы безопасно и обратимо переходить в глубокий торпор.

Учёные изучают гибернацию, чтобы понять, как животные переносят сильное охлаждение, длительное отсутствие движения и резкое снижение обмена веществ. Такие исследования могут быть полезны для медицины и рассматриваются в том числе в связи с будущими длительными космическими полётами.

• Зимняя спячка — не обычный сон, а особое состояние, при котором организм сильно снижает активность и обмен веществ.
• Во время спячки температура тела, дыхание и сердцебиение могут снижаться в несколько раз, а у некоторых млекопитающих температура тела опускается ниже нуля.
• Перед спячкой животные накапливают жир или делают запасы пищи, чтобы пережить период, когда еды мало.
• Периодические пробуждения — нормальная часть зимовки для многих видов, но слишком частые пробуждения ускоряют расход запасов.
• В естественную зимнюю спячку люди впадать не могут. Учёные изучают гибернацию животных, но безопасной технологии погружения человека в такое состояние пока не существует.