Чем спячка отличается от сна?
«Спячка – это скрытая подготовка к открытому действию» — Ральф Эллисон, «Невидимка».
На борту космического корабля астронавты устанавливают таймер, ложатся в капсулу и впадают в глубокую спячку, в которой они проведут ближайшие сотни лет – это довольно популярная тема в фантастических фильмах. Но могут ли люди и вправду впадать в такую спячку в настоящей жизни?
Изучая этот вопрос, исследователи обращаются к животному царству, где спячка – это обычное явление, встречающееся более чем у двухсот известных нам видов. Возьмем американского суслика (рисунок 1). Обитающий в Северной Америке и в Северной России, суслик зарывается в норку и впадает в глубокую спячку, при которой температура тела животного опускается до -3 градусов Цельсия. Самка черного медведя (рисунок 2) удивит вас еще больше. Она и вовсе способна рожать и кормить потомство в период зимней спячки. Толстохвостый лемур (рисунок 3) подготавливается к спячке, запасаясь едой и наедая жировые отложения в своем хвосте, тем самым удваивая вес своего тела, а уже после спячки лемур возвращается к своему обычному весу. И так, почему животные вынуждены впадать в спячку?
Спячка – это необходимость
Прежде всего, спячка – это необходимость. Это стратегия выживания в суровое зимнее время. Многие годы, эксперты считали, что спячка присуща лишь обитателям Арктического и Умеренного климатов. Не так давно было обнаружено, что спячка наблюдается также в Аридном и Тропическом климатах. При впадении в спячку, сердцебиение животного замедляется до 1-3% от первоначальной частоты. Например, у крысиных лемуров (рисунок 4) вместо привычных 180 ударов в минуту сердце выдает около 4-х. Замедляется и дыхание – до одного вдоха, каждые 10-20 минут. А черные медведи, как и другие многие животные, не могут справлять естественную нужду в период спячки. Животные остаются живы, благодаря достаточному запасу кислорода и движению крови по их организму. Сканирование мозговой активности животных в спячке показывает нам практически нулевую активность.
И самое главное, спячка – это непросто долгий зимний сон. В случае лемуров и сусликов, большую часть времени животные находятся не в состоянии сна. В основном спячка состоит из процесса снижения скорости обмена веществ и температуры – называемого анабиозом. Животные могут находиться в анабиозе от нескольких дней до пяти недель, после чего в течение суток, они восстанавливают привычный обмен веществ и температуру тела и снова впадают в анабиоз. Такие особенности спячки, как пять недель без сна или критическое снижение температуры тела, потенциально смертельные для живых существ, не имеющих к этому предрасположенности.
В поисках причин, почему же другие виды способны к спячке, необходимо обратить внимание на геном животных. Так ученые обнаружили, что спячка контролируется генами, которые активируются и деактивируются в разные периоды времени, подстраиваясь под поведение животного и его физиологию. Например, исследования сусликов, медведей и лемуров показали, что эти животные умеют активировать гены, контролирующие метаболизм жиров только тогда, когда им необходимо использовать свои жировые запасы в качестве основного источника энергии для выживания. Упомянутые ранее гены присутствуют и у млекопитающих.
Исследования уникальных способностей, которых, могло бы помочь всему человечеству. Например, понимание того, как животные замедляют кровоток, предоставило бы нам более эффективное средство для защиты мозга от инсульта. Осознание причины, почему во время спячки не атрофируются мышцы, помогло бы улучшить состояние пациентов, прикованных к постели. А секрет, благодаря которому животные контролируют свой вес, расставил необходимые точки в отношениях метаболизма и веса человека.
И да, когда-нибудь исследования этой области, позволит погрузить в подобную спячку и человека. Представьте, как бы все удивились, если бы узнали, что ключ к межгалактическим путешествиям кроется в сусликах, медведях и лемурах.
источник
В чем отличие зимней спячки от зимнего сна
Чем отличается зимняя спячка от обычного сна?
Многие животные обладают удивительной способностью залегать в зимнюю спячку.
Различные черви, улитки и слизняки, пауки и многие насекомые, раки, лягушки, жабы, ящерицы, черепахи и змеи, некоторые рыбы, из высших животных — летучие мыши, ежи, ряд грызунов и хищных перед наступлением зимы впадают в глубокое оцепенение.
Спячка животных является очень сложным приспособлением к переживанию неблагоприятного времени года. Эта способность выработалась долгими тысячелетиями и превратилась в особое свойство некоторых организмов.
Состояние и поведение зимнеспящих животных настолько необычно, что о нем стоит рассказать несколько подробнее.
Почти у всех животных, залегающих в спячку, зимний сом очень крепок и продолжителен. На вашем рисунке изображен спящий суслик в своем зимнем гнезде. Зверек лежит совершенно неподвижно, свернувшись плотным клубком и прижав голову к брюшку. Суслика можно вынуть из гнезда, катать, как шар, и тормошить, но он будет отзываться только слабым пошевеливанием лап. Тело его на ощупь холодное и если измерить температуру во рту или в прямой кишке, то она окажется всего на 1–3 градуса выше температуры окружающей земли. Если присмотреться к суслику и приблизить к его ноздрям пушинку то можно заметить, что дышит он очень слабо и редко, всего 5–8 раз в минуту. После нескольких таких вдохов и выдохов наступает перерыв, и в течение 4–5 минут суслик совсем не дышит. Так же медленно работает и его сердце, делая всего 10–15 ударов в минуту. Спящий зверек настолько нечувствителен, что можно отрезать ему лапу или нанести более тяжелое повреждение и он погибнет, так и не проснувшись.
Суслик, спящий в зимнем гнезде.
Совершенно по-иному ведет себя бодрый суслик во время обычного ночного сна. Если прикоснуться к его шерсти, он мигом пробудится, вскочит на лапы и примет оборонительную позу. Дыхание бодрствующего суслика — очень частое, до 300 раз в минуту; так же быстро бьется и его сердце, а температура тела довольно высока и колеблется от 32 до 39 градусов.
Спящие насекомые и другие низшие существа кажутся еще более омертвевшими, чем суслики, и просто удивительно, что перед нами оцепеневшая муха, а не ее труп, что весной ее скрюченные лапки расправятся, она оживет, будет быстро летать и по-прежнему назойливо надоедать всем.
Уже эти простые сравнения показывают, что обычный сон-отдых и сон-спячка у животных — совсем различные физиологические явления, и что весь их организм перестраивается на особый лад. Жизненные процессы у зимнеспящих протекают очень медленно. Шерсть и когти, Обрезанные, при проведении опытов, у животных, приготавливающихся к зимовке, во время спячки уже не отрастают. Кровь едва заметно движется по сосудам. Состав ее резко меняется за счет падения количества белых кровяных шариков — лейкоцитов. Однако, если заразить спящего суслика или сурка чумой или другой опасной инфекцией, то болезнь не развивается, и микробы остаются в недеятельном состоянии близ места заражения до весны. При пробуждении зверька болезнь вспыхивает с новой силой и приводит его к гибели.
Спячку суслика можно искусственно прекратить, согревая его очень постепенно и осторожно, например, внося его во всё более и более теплые помещения. Зверек постепенно, пробудится без вреда для себя. Но если быстро и сильно нагреть его тело, то таким резким изменением можно лишить его жизни. Суслик начнет ворочаться, привставать на лапках и, шатаясь, бродить с полузакрытыми глазами. Однако, в бодрое состояние полностью он не придет, пищи есть не будет и вскоре погибнет. Но если тут же после нагревания и частичного пробуждения, его снова оставить в покое и поместить в ящике с сеном в погреб с ровной, прохладной температурой в 7–8 градусов, то животное может снова нормально заснуть и выжить.
Интересно отметить, что прекращению спячки у суслика способствует не только высокая, но и чрезмерно низкая температура (ниже нуля). При этом некоторые животные могут замерзать совсем, а для других холод служит как бы сигналом к прекращению спячки. В сильные морозы, когда холод достигает даже глубоких нор, погибают многие спящие суслики, пресмыкающиеся и насекомые.
Здесь были приведены примеры очень крепкой и продолжительной спячки сусликов и сурков. Но не все животные оцепеневают одинаково. Существует как бы ряд переходов от зимнего поведения совершенно бодрствующих животных до подлинной спячки.
Белка, этот очень деятельный и подвижной зверек, в сильные морозы и зимнюю непогоду по нескольку суток не выходит из своего теплого гнезда и проводит это время в непрерывной дремоте. Обыкновенный хомяк, залегающий в спячку в октябре, спит с перерывами и нередко среди зимы, если морозы не сильны, Отрывает выход из норы и бегает по снежным полям. В это время он питается своими, заготовленными с осени, запасами. Так же поступает, он, проснувшись и ранней весной, пока не установится теплая погода. Тушканчики в наших степях залетают очень поздно, порою уже в конце ноября, но спят крепко, не пробуждаясь до конца февраля — начала марта. Наконец, зимний сон бурого медведя уже резко отличается от настоящей спячки. Поздней Осенью зверь залегает в берлогу, вход в которую затем заваливается обильными северными снегопадами. Спит медведь очень чутко, часто просыпается и прислушивается, иногда выходит из берлоги и хотя не ест всю зиму, тратя подкожный жир, все его другие жизненные процессы протекают нормально. Самка среди глубокой зимы даже приносит детенышей и кормит их молодом, не покидая берлоги до весны.
Почему животные залегают в зимнюю спячку?
В настоящую зимнюю спячку животные погружаются не сразу. Для этого им нужна большая подготовка. Суслики, барсуки, сурки предварительно сильно жиреют. Жир накапливается и у других зимнеспящих, хотя и не в таком большом количестве. Зверьки приготавливают себе глубокие норы с мягкими и теплыми гнездами. В последние дни перед, залеганием суслики становятся вялыми, редко выходят на поверхность и почти не едят. Наконец, они прочно забивают выход изнутри норы и укладываются в гнезда так, как было описано выше.
В первые дни зверьки чутко дремлют, временами встают, бродят по норе и опоражнивают свой кишечник от последних остатков пищи. Для этого в зимней норе суслика имеется особый отнорок-уборная. Дремота постепенно переходит в сон, а сон — в спячку.
Однажды мне удалось вырыть старого суслика-самку, за норой которой я до этого долго наблюдал. Самка сильно ожирела, а с 19 июля перестала появляться, забив свою нору. 26 июля нора была разрыта, и суслик найден спящим в большом гнезде на глубине 150 см. Зверек слабо шевелился, не открывая глаз, и был холодным. Положив суслика в мешочек, я понос его в лабораторию, на что потребовалось полчаса.
К концу моего пути, под влиянием горячих лучей солнца, суслик стал возиться в мешочке, а когда я его принес, он уже оказался весьма активным и даже укусил меня, когда я попробовал взять его в руки. Следовательно, за те семь суток, которые прошли от начала залегания, суслик заснул еще недостаточно крепко.
Какие же причины вызывают длительную зимнюю спячку?
Прежде всего имеет значение низкая температура зимнего сезона. Если любое из тех животных, которые способны к естественной спячке, поместить в условия низкой температуры, от 0 до 5–6 градусов тепла, то оно впадает в оцепенение. Впервые это доказал в 1778 г. наш знаменитый натуралист Паллас, посадивший в ледник несколько сусликов и ежа, которые вскоре оцепенели. Правда, «спячка» эта не совсем нормальная и если животные к ней не подготовлены, имеют мало запасов жира, то они все равно долго спать не могут и постепенно умрут от истощения. Все же понижение температуры является мощной причиной и естественной и искусственной спячки.
Но имеются и другие причины, которые действуют на животных либо одновременно, либо порознь. Суслики, получающие в питомнике хороший свежий корм, долго не засыпают даже при холодной осенней погоде, по сравнению с теми сусликами, которых прекращают кормить. Бурые медведи не впадают в спячку в наших зоопарках, где их обильно, и хорошо кормят. Да и в природе спячка медведя надолго задерживается, если он находит обильный запас пищи — павшую корову, заросли ягод, не скошенное поле ржи.
Значительную роль в засыпании играет сухость пищи и воздуха. Некоторые африканские зверьки залегают на период засухи и пробуждаются в период дождей, который соответствует нашей зиме.
источник
Неизвестные факты о зимней спячке
Люди, которые совсем не рады приближению холодной темной поры, наверное, не прочь до весны погрузиться в сон, как это делают медведи или сурки. Но, оказывается, в природе все не так просто. Вот несколько фактов о зимней спячке, которые вы, вероятно, не знали.
Все слышали о медведях, спящих зимой в своей берлоге. Но на самом деле косолапые и другие зимующие виды в холодное время года вовсе не спят. Гибернация (так по-научному называется зимняя спячка) — это расширенная форма оцепенения, состояние, при котором метаболизм понижен до менее 5 % от нормы.
«Большинство физиологических функций в таком состоянии чрезвычайно замедлены или полностью прекращены», — говорит Марина Бланко из Центра лемуров в Дареме, Северная Каролина, которая изучает карликовых мадагаскарских лемуров (Cheirogaleus spp.), единственных приматов, которые впадают в спячку по регулярному графику.
Например, когда лемуры находятся в спячке, у них снижается частота сердечных сокращений с 300 ударов в минуту до 6. И вместо того чтобы дышать каждую секунду, они могут провести до 10 минут, не сделав ни одного вдоха. Их мозговая деятельность становится незаметной, что сильно отличается от сна, когда мозг все еще выполняет бессознательные функции.
Почему животные впадают в спячку?
«Проще говоря, гибернация — это способ экономии энергии», — объясняет Келли Дрю, нейрофармаколог из Университета Аляски в Фэрбенксе, которая изучает химию мозга зимующих арктических сусликов (лат. Spermophilus parryii).
Хотя спячка чаще всего рассматривается как сезонное поведение, она может быть связана с метеоявлениями. Например, существуют тропические виды, которые могут включать «спящий режим», чтобы пережить жару. Но температура не единственный возможный фактор. Некоторые виды впадают в спячку в ответ на нехватку пищи. Например, австралийская ехидна может это сделать после пожаров и оставаться в таком состоянии, пока пищевые ресурсы не восстановятся.
Недавние исследования также выявили третью причину. Это защита. «Когда вы впадаете в спячку, вы не чувствуете запаха, не создаете шума, не совершаете никаких движений, поэтому хищнику очень трудно вас обнаружить», — говорит Томас Руф, профессор физиологии в Университете ветеринарной медицины в Вене. Его работа показала, что смертность мелких млекопитающих в пять раз выше во время активного периода, чем во время спячки.
Что происходит с животным в зимней спячке?
Чтобы замедлить метаболизм, животные охлаждают свои тела в среднем на 5–10 °С, а арктические суслики — даже ниже точки замерзания. Исследования показали, что охлаждение, вероятно, регулируется уровнями аденозина в мозге.
Однако виды пребывают в своем коматозном состоянии не весь период спячки. Около 80 % их энергии тратится на периодические пробуждения и согревания. «Почему так происходит — одна из величайших загадок природы», — говорит Руф. Некоторые ученые полагают, что таким образом они поддерживают свою иммунную систему для борьбы с болезнями.
К сожалению, эти пробуждения в условиях изменения климата становятся угрозой для существования видов. Из-за возрастания температуры окружающей среды животные в периоды пробуждения остаются активными дольше обычного, истощая запасы энергии.
Какие животные впадают в спячку?
Одна птица и множество амфибий, рептилий и насекомых демонстрируют состояния, подобные гибернации. Также есть одна рыба, которая зимой замедляет свой метаболизм, становясь в 20 раз менее активной, — это антарктическая треска.
И, конечно же, млекопитающие. В то время как медведи могут быть первыми, кто приходит на ум, они — исключительный случай. Большинство впадающих в спячку млекопитающих намного мельче — их средний вес всего 70 граммов. Это связано с тем, что маленькие тела имеют высокое отношение площади поверхности к объему, что делает их более подверженными потере тепла. Чтобы сохранить тепло в холодную погоду, они нуждаются в сезонной экономии энергии куда больше, чем крупные животные.
Кто находится в спячке дольше всех?
Очевидным кандидатом на приз за самую долгую спячку будет соня-полчок (лат. Glis glis). Эти грызуны могут оставаться бездействующими более 11 месяцев. Чтобы выдержать такую «паузу», они должны удвоить или даже утроить свой вес тела, пока активны.
Еще одна претендентка на победу — большая коричневая летучая мышь (лат. Eptesicus fuscus), которая в рамках эксперимента «зимовала» в холодильнике в течение 344 дней. Правда, такой рекорд стоил ей жизни.
источник