Что происходит с организмом медведя во время спячки? Комментарий специалиста / Хабр
Каждую осень медведи умеренных и полярных широт (в частности бурый и черный) начинают готовиться к спячке. Всю весну, лето и осень эти животные активно питались, нагуливая запасы жира на зиму. А теперь, когда наступают холода, они ищут подходящее укрытие для того, чтобы перезимовать. После того, как укрытие найдено, медведь впадает в спячку.
Спячка медведей в некоторых случаях длится до полугода. Во время спячки некоторые виды, например, черный медведь (Ursus americanus), снижают пульс с 55 ударов в минуту до примерно 9. Уровень метаболизма снижается на 53%. Естественно, все это время медведи не едят, не пьют и не производят отходы жизнедеятельности. Как им это удается?
Для понимания того, что происходит в теле медведя во время спячки необходимо сразу уточнить, что представляет собой сама спячка. И почему это не «анабиоз» в прямом смысле слова. В буквальном понимании этого термина «анабиоз» представляет собой процесс полной неактивности животного.
Некоторые виды земноводных (некоторые тритоны и лягушки) замерзают в морозы, без вреда для себя оттаивая при наступлении теплого сезона. Безболезненным это «промерзание» буквально насквозь для них является в связи с выработкой специфического вещества, имеющего свойства антифриза, который препятствует замерзанию воды в их организме.
Медведи не замерзают. Температура их тела во время спячки остается достаточно высокой, что позволяет им очнуться в случае какой-либо опасности, выйдя из берлоги. Кстати, медведей, которые проснулись раньше времени, называют «шатунами». Они представляют значительную опасность для человека, поскольку зимой медведь не может найти достаточное количество пищи, и всегда голоден, и агрессивен.
Некоторые исследователи утверждают, что медведи не впадают в анабиоз, как и говорилось выше. Но есть и ученые, которые называют медведей «супер-анабиозниками», поскольку не есть, не пить и не испражняться по полгода, оставаясь при этом в состоянии быстро выйти из спячки — это уникальное явление в животном мире.
«По моему мнению, медведи лучшие анабиозники в мире», — говорит Браян Барнес (Brian Barnes) из Института арктической биологии Университета Аляски (Фэйрбенкс). Этот ученый провел три года, изучая особенности спячки черных медведей.
«Их тело — закрытая система. Они могут провести всю зиму, используя только кислород для дыхания — это все, что им нужно», — говорит Барнес.
Почему медведи не испражняются во время спячки? Если коротко, то потому, что в их организме в это время образуется фекальная пробка. Это особая масса, которую исследователи уже давно находили в пищеводах медведей, впавших в спячку.
Ранее считалось, что медведи перед тем, как залезть в берлогу, поедают большое количество растительного материала, шерсти других медведей и других материалов, которые не перевариваются, и которые потом образуют пробку в кишечнике животного. Ученые, которые пришли к такому выводу, во многом полагались на информацию, полученную от охотников на медведей. Те утверждали, что способ питания, о котором говорилось выше, приводил к «скреплению кишечника» и животное просто не могло во время сна провести акт дефекации.
На самом деле, это не так. Медведи ничего особенного не едят перед спячкой. Они, как всеядные животные, стараются потреблять любую доступную им еду, включая фрукты, овощи, орехи, мясо, рыбу, ягоды и многое другое.
А во время спячки кишечник животного продолжает работать. Не в режиме прежней активности, но все же он работает. Клетки продолжают делиться, осуществляется кишечная секреция. Все это формирует небольшое количество фекалий, которые и накапливаются в кишечнике животного. Формируется «пробка» диаметром от 3,8 до 6,4 сантиметров.
«Фекальная пробка — это те же отходы жизнедеятельности, которые находятся в кишечнике животного так долго, что стенки кишечника абсорбируют жидкости из этой массы, оставляя ее сухой и твердой», — говорится на сайте Североамериканского центра изучения медведей. Таким образом, организм медведя не теряет такую необходимую ему воду, запасы которой в берлоге восполнить практически невозможно.
Специалисты размещали в берлогах медведей камеры, которые записывали все происходящее во время спячки.
Как оказалось, волокна растений и шерсть часто являются составной частью пробки потому, что медведь даже во время спячки может подбирать что-то с земли в берлоге, а может и слизывать свою шерсть.
После того, как медведь выходит из берлоги, они очищают кишечник, который начинает функционировать нормально. Обычно дефекация происходит уже на пороге берлоги. Поэтому никакой мистики или загадки, как об этом говорят некоторые охотники или даже ученые, в медвежьей пробке нет. Все это — продукт жизнедеятельности организма. Кстати, медведь в берлоге вовсе не сосет лапу. Дело в том, что в январе и феврале происходит смена кожного покрова на подушечках лап. Старая кожа лопается, зудит, что причиняет медведю известные неудобства. Для того, чтобы облегчить зуд, медведь облизывает лапы.
Для того, чтобы прояснить детали процесса спячки у медведей, я запросил комментарий у ученых из Криворожского государственного педагогического университета.
Каким образом медведи поддерживают свой организм в состоянии спячки?
Каждое животное существует за счет обмена веществ и энергии, которые обеспечиваются потребляемой пищей.
Основным потребителем энергии в организме являются головной мозг и мышцы (не менее 2/3 всей энергии организма). Но поскольку мышечная система во время сна неактивна, то энергии ее клетки получают ровно столько, сколько необходимо для поддержания их существования. Поэтому на «малых оборотах» начинают работать и остальные органы, также получающие весьма мало энергии. Пищеварительной системе по сути нечего переваривать (поскольку кишечник почти пуст, как было сказано выше).
Кстати, шатунами довольно часто становятся именно те медведи, которые летом «плохо кушали». Известно немало устных рассказов о том, что шатунов в голодные годы больше. Итак, запасы жира и гликогена – основной источник энергии. Еще одним жизненно важным веществом является кислород. Но поскольку организм малоактивен, то и кислорода нужно гораздо меньше. Таким образом, частота дыхания значительно снижается. А если ткани организма при спячке требуют весьма малое количество кислорода и питательных веществ, то и крови, которая их переносит, можно двигаться гораздо медленнее. Поэтому и частота сокращений сердца значительно уменьшается, а соответственно, сердце потребляет также меньше энергии. С экономией воды связано не только «закупоривание» кишечника, но фактическая приостановка деятельности почек.
Есть ли другие примеры спячки среди теплокровных животных?
Такое приспособление, как спячка у медведей является весьма необычным для теплокровных явлением, но вовсе не уникальным. Она также есть у ежей умеренных широт, обитателей степей Евразии сурков, некоторых представителей семейства Куньих (барсук). В особенно холодные и голодные зимы в подобное состояние могут впадать белки и енотовидные собаки, но ненадолго, а их процессы жизнедеятельности не замедляются так, как это бывает у медведей. Кроме зимней спячки (гибернации), бывает также и летняя спячка (эстивация). В последнюю впадают некоторые обитатели жарких пустынь (некоторые насекомоядные, грызуны, сумчатые).
Это бывает в наиболее жаркие периоды года, когда добыча корма и воды становятся гораздо более энергозатратными и, по сути, неэффективными. Поэтому животному проще впасть в спячку и переждать неблагоприятные условия. Кроме сезонной спячки бывает также и суточная. Она характерна для некоторых летающих теплокровных – колибри и летучих мышей.
Дело в том, что и одни, и другие во время полета очень быстро машут крыльями. Благодаря этому их полет стал более маневренным, а добыча корма более эффективной. Но за все в природе нужно платить. Их летательные мышцы потребляют очень много энергии, которой не хватает на полные сутки (несмотря на то, что и колибри, и летучие мыши за активную фазу суток потребляют пищи массой более половины собственной массы).
Как видим, скорость обмена веществ у них просто колоссальна. Поэтому во время сна (а отдых в виде сна необходим каждому животному – это также нормальный и обязательный физиологический процесс) их жизнедеятельность снижается до параметров, сравнимых с теми, что наблюдаются у медведей.
Чем отличается состояние спячки медведей от, например, анабиоза лягушек?
У теплокровных физиологические процессы при спячке не могут быть полностью «выключенными». На то они и теплокровные – необходимо самостоятельно произведенное тепло. Другую картину можно наблюдать у пойкилотермных животных – их процессы жизнедеятельности практически полностью приостанавливаются.
То есть клетки организма пребывают практически в законсервированном состоянии до наступления лучших времен – когда пригреет солнце и даст достаточно тепла, что разогреть тело. Это бывает у всех земноводных умеренных и более северных широт.
Известен факт, что особи хвостатого земноводного сибирского углозуба после того, как были буквально вмерзшими в лед на протяжении нескольких десятилетий (!) после оттаивания «оживали» и чувствовали себя вполне нормально. Также в анабиоз впадают и зимующие змеи и ящерицы, но их организм не настолько живуч (замерзания они не перенесут). Другой пример – рыбы, живущие в пересыхающих водоемах Африки, Южной Америки и Австралии, и закапывающиеся в ил на период засухи. Процессы, происходящие в их организме в этот период близки к тем, что происходят у земноводных – почти полная приостановка жизнедеятельности до лучших времен.
Что касается рептилий жарких стран, то нужно сказать, что, хотя они и холоднокровные, но переживание неблагоприятных условий у них больше сходно с таковым у теплокровных – значительное снижение интенсивности физиологических процессов, но не остановка (солнечной тепловой энергии ведь достаточно).
Крупные рептилии (крокодилы, питоны и удавы) таким образом «отдыхают» до года, переваривая съеденную крупную добычу.
Можно ли искусственно создать режим спячки для животных, которые не впадают в спячку?
Нет. Это будет ненормальное состояние, подобное коме.
Как мог появиться подобный механизм зимовки у медведей? Вырабатывался ли такой механизм в течение многих сотен тысяч лет или появился спонтанно?
Все физиологические процессы контролируются генетически. В ходе эволюции у определенной группы особей могла возникнуть некая физиологическая особенность, заключающаяся в особом режиме сна (суточного, нормального) в холодный период года, сопровождающемся небольшим спад физиологической активности и падением температуры тела на 1-2 градуса.
Такая особенность дала этим особям некое преимущество в плане более экономного расхода энергии в условиях с меньшим количеством корма. При этом она стала давать настолько большое преимущество в выживаемости, что постепенно в популяции остались только такие мутанты.
В дальнейшем отбор по этому признаку продолжился – сон становился все более продолжительным и глубоким, а интенсивность процессов организма уменьшалась все больше. Наконец животные научились обустраивать берлоги. Кстати, эта особенность могла дать значительное преимущество еще и потому, что как раз во время спячки самка рожает детенышей и они в это время находятся в тепле и защите, скрытые от посторонних глаз. В целом эволюция явления зимней спячки продолжалась (а может и продолжается) на протяжении конечно же не меньше, чем нескольких сотен тысяч лет.
За помощь в подготовке статьи редакция Geektimes благодарит:
Брошко Евгения Олеговича, к.б.н., старший преподаватель, кафедра зоологии КГПУ (Криворожский государственный педагогический университет)
Евтушенко Эдуарда Алексеевича, к.б.н., доцент, кафедра ботаники и экологии КГПУ
Как медведи впадают в спячку?
Во время пятимесячной спячки медведь не ест и не пьет, но у него работает сердце, он дышит, сохраняет высокую температуру тела, а полученные до спячки раны заживают. Как это происходит?
Отвечает Ксения Кондрашева
кандидат биологических наук
Они готовятся заранее
Медведи готовятся к спячке основательно, уже с конца лета — когда световой день начинает сокращаться, а корма еще много. Процесс можно сравнить с откормом свиньи: в день мишка потребляет до 20 000 ккал, нагуливая за сезон до 15 см жира. Кроме обычного жира — белого — есть еще бурый, в котором преобладают ненасыщенные жирные кислоты. Жиры помогут пережить длинный период без пищи.
Чисто технически впадение в спячку выглядит так:
— токоферол, который накапливается в жировой ткани и в печени, тормозит уровень обмена веществ;
— в мозге повышается уровень серотонина, который, обладая мощным сосудосуживающим действием, резко подавляет деятельность ЦНС, эндокринных и других органов, замедляет теплообразование, что приводит к понижению температуры тела и также снижению обмена веществ;
— в берлоге, куда забирается медведь перед спячкой, снижается содержание кислорода, повышается концентрация углекислого газа и понижается температура окружающей среды. И каждая из этих причин также способствует впадению животного в спячку.
Они впадают в оцепенение, но не в анабиоз
Во время спячки в организме медведя происходят серьезные изменения: из-за снижения температуры тела повышается концентрация углекислоты в крови, а увеличение кислотности крови в сочетании с другими факторами вызывает замедление дыхания и частоты сердцебиений. Под влиянием гипоксии (недостатка кислорода. — Прим. ред) и гипотермии (охлаждения. — Прим. ред.) происходит полное мышечное расслабление и легкое оцепенение.
Такое состояние пониженной функциональной активности живых организмов, обусловленное факторами внешней среды, называется гипобиозом (и это не то же самое, что анабиоз; анабиоз — приостановка жизнедеятельности организма с последующим восстановлением при благоприятных условиях — Прим. ред.).
Частота дыхания и сердцебиений у медведя в спячке уменьшается в четыре-пять раз, температура тела снижается на 2–7 °С, а общий уровень метаболизма — на 50–70%. За счет запасов жира крупные медведи могут существовать в состоянии сна на протяжении нескольких месяцев. Все это время они поддерживают постоянную высокую температуру тела и основные физиологические процессы, сохраняют активность большинства тканей (на них заживают полученные до спячки раны и появляется новая шерсть там, где волосяной покров был поврежден) и органов, а также постоянство внутренней среды.
Они не едят и не мочатся
Погруженный в спячку медведь для поддержания жизни обходится очень малым количеством энергии. Вместо того чтобы получать ее с пищей, он 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 животное способно сносно поддерживать свой водный баланс за счет сжигания жира. Потери в массе тела медведя за весь период спячки составляют от 15 до 25%.
Они такие не одни
Так же как медведи, зимой в длительный сон впадают барсук, енотовидная собака и енот-полоскун. А вот сурки, суслики, ежи, летучие мыши, некоторые земноводные и пресмыкающиеся погружаются в глубокую спячку: у них температура тела может понижаться до минусовых значений, а сердце бьется всего один-два раза в минуту.
На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации.
животные
сон
Вопрос: что это?
Вопрос: что это?
Подсказка: их находят на пляжах после штормов и отливов
Дарья Телегина
12 августа 2022
24 915
Вопрос: что это?
Вопрос: что это?
Подсказка: место — Франция, время — 1930-е годы
Юлия Скопич
12 января 2022
11 771
Вопрос: что это?
Вопрос: что это?
Подсказка: место — Казахстан, применение — бытовое
Юлия Скопич
3 января 2022
11 940
В Китае представили свой первый водородный поезд
23 января 2023
Климатологи: разрушения ледяного щита планеты можно избежать
23 января 2023
Подразнил удочкой: разъяренный крокодил чуть не утащил рыбака в реку
23 января 2023
Старейшим человеком в мире признана 115-летняя испанка
23 января 2023
Новые Атлантиды
Аксолотль — чудо природы
Большое тихоокеанское мусорное пятно
Самая низкая температура на Земле
Можно ли сейчас предположить, каким будет климат на Земле через 100 лет?
Растения, изменившие историю
Один день в Средневековье
Спросите биолога дикой природы: Департамент рыбы и дичи Аляски
Шон Фарли
Биолог дикой природы Шон Фарли работает с бурым медведем под действием успокоительного.
Ответ от Шона Фарли, биолога-исследователя и специалиста по медведям, ADF&G Вопрос от А. Чепмена, Анкоридж
В) Действительно ли медведи спят всю зиму? Им нужен снег, чтобы построить берлогу? Кроме того, как влияет на их поведение, когда зима теплее, чем обычно?
A) Зимой медведи впадают в спячку, но не спят все время. Спячка для медведей просто означает, что им не нужно есть или пить, и они редко мочатся или испражняются (или не испражняются вообще). Существует сильное эволюционное давление на медведей, чтобы они оставались в своих берлогах зимой, если еды мало или совсем нет. Но иногда медведи покидают свои берлоги, особенно когда их берлога затоплена или сильно повреждена. Погода играет роль. В более холодных северных частях Аляски медведи впадают в спячку около 7 месяцев в году. Медведи в более теплых прибрежных районах штата впадают в спячку на 2-5 месяцев, причем медведи, воспитывающие новорожденных детенышей, впадают в спячку дольше.
Медведи разработали уникальные адаптивные стратегии, чтобы так долго выживать без еды и воды. Они снижают температуру тела на 8-12 градусов и расщепляют жировые запасы для получения энергии. Некоторое количество белка также используется, но медведи в значительной степени сохраняют свою мышечную массу и, таким образом, не становятся заметно слабее во время спячки. Однако медведи просыпаются и ходят внутри берлоги. Это похоже на то, как спит ваша собака. Медведи будут проходить через множество изменений позы, когда они периодически просыпаются, чтобы передвигаться. Считается, что это помогает предотвратить развитие пролежней. Медведи также меняют позицию, чтобы лучше сохранять тепло. Если есть пища, медведю не нужно впадать в спячку, если только он не беременен или зимние условия не достаточно суровые (например, на Аляске).
Детеныши рождаются примерно через два месяца после того, как впадают в спячку, но не могут ходить или есть самостоятельно, пока им не исполнится около шести месяцев. Берлога является безопасной средой для детенышей по мере их роста. Медвежата классифицируются как альтрициальные молодые, а не скороспелые, а это означает, что им требуется значительная родительская забота, прежде чем они смогут покинуть логово. Не все медведи впадают в спячку, но на Аляске впадают в спячку большинство медведей, включая самцов.
Фарли записывает информацию о обездвиженном медведе. Позже медведя отпустили целым и невредимым.
Наши аляскинские бурые медведи/медведи гризли и черные медведи устраивают норы более последовательно, чем белые медведи. Нередки случаи, когда самцы белых медведей и белые медведи, которые не беременны или имеют детенышей, остаются активными в периоды нехватки пищи.
Медведи в зоопарках не будут впадать в спячку, если есть еда, хотя они будут замедляться и спать больше, чем обычно. Некоторые медведи в зоопарке кормятся круглый год и не впадают в спячку. Поскольку они не теряют вес зимой, как дикие медведи, некоторые медведи в зоопарке могут набрать лишний вес, что очень вредно для здоровья. К счастью, все больше зоопарков разрешают своим медведям впадать в спячку зимой. Хотя это делает животных недоступными для просмотра, это помогает медведям оставаться стройнее и здоровее.
Медведям не нужен снег для берлоги. На самом деле некоторые медведи могут вообще не копать берлогу. В ходе одного известного исследования медведей в Пенсильвании исследователь обнаружил медвежьи норы в дорожных водопропускных трубах, под крыльцами домов или просто свернувшись калачиком в гнезде из листьев. Но если погода неблагоприятная, медведи устраивают убежище, копая, заползая в корневую структуру поваленных деревьев или используя каменные пещеры. На Аляске и в других местах, где могут быть большие топольные деревья с дуплом в центре, черные медведи любят ползать по внешней стороне дерева, а затем возвращаться обратно в дупло в центре. Если медведь прячется в грязи или в пещере, снег не требуется, но он помогает сформировать изолирующий слой.
В чем разница между бурым медведем и гризли?
Подробнее о медвежьей спячке — беременные медведи и медвежье молоко
Гнездовья медведей и медвежьи берлоги
Берлога гризли в Арктике
Alaska Fish and Wildlife News ГЛАВНАЯ
Получайте ежемесячные уведомления о новых выпусках и статьях.
Медвежья спячка: 5 забавных фактов
Если вы живете в месте с суровыми зимами, вы, возможно, подумали, как хорошо было бы свернуться клубочком и «спать» всю зиму, как йеллоустонский медведь! В то время как ученые все еще разгадывают некоторые тайны, окружающие спячку, они сделали много открытий, которые предлагают увлекательное понимание жизни этих животных. Спящий режим может даже стать ключом к разработке жизненно важных медицинских вмешательств и осуществлению дальних космических путешествий.
Вот несколько фактов о медвежьей спячке, которые могут вас удивить.
1. Медведи едят… много.
Осенью у йеллоустонских медведей наступает период обжорства, называемый гиперфагией, как у людей в День Благодарения, но длящийся несколько недель. Во время этой осенней лихорадки кормления гризли могут съедать до 20000 калорий — и прибавлять в весе до трех фунтов — каждый день. Медведям нужно быстро набрать вес, так как во время спячки они будут выживать исключительно за счет жировых запасов.
2. Медвежата и спящий режим связаны!
Во время летнего брачного периода оплодотворенные яйца остаются в матке медведицы, но имплантируются через несколько недель или месяцев. Это помогает маме-медведице сохранять энергию до зимней спячки и может быть способом контролировать популяцию, если пищи не хватает.
Если к тому времени, когда она поселится в своей берлоге, она не накопит достаточного количества жира, яйцо самопроизвольно прервется.
3. Медведи строят свои собственные теплосберегающие убежища.
Йеллоустонские медведи обычно роют свои норы на склонах на большой высоте. Вход в берлогу достаточно большой, чтобы медведь мог протиснуться, поэтому он быстро засыпается изолирующим снегом.