Тайна зимней спячки черепах — дыхание через клоаку

Что будет, если погрузиться в пруд с температурой чуть выше нуля, поверхность которого скована льдом на 100 дней? Вы умрёте, потому что вы — не черепаха. А черепахи могут дышать через клоаку («заднее дыхание»).

Замедление в холоде

Как эктотермы, черепахи зависят от внешнего источника тепла: температура их тела равна температуре среды. Если вода в пруду 1℃, то и тело черепахи — 1℃.

При гибернации холод замедляет метаболизм, снижая потребность в энергии и кислороде. Черепахи используют накопленные ресурсы и поглощают кислород из воды через хорошо васкуляризированные поверхности тела, особенно через клоаку, без использования лёгких.

Не замёрзшие, а просто холодные

Люди — эндотермы, мы должны постоянно поддерживать температуру тела. Для черепах же изменение температуры тела — нормальная реакция на среду.

Но и у эктотермов есть пределы: большинство взрослых черепах не переносит замерзания (образования кристаллов льда в тканях). Поэтому они зимуют в воде, где температура остаётся стабильной и не опускается ниже нуля. Вода имеет высокую удельную теплоёмкость, тогда как воздух быстро остывает.

Проблемы подо льдом

Ледяной покров создаёт две проблемы:

1. Черепахи не могут всплыть для вдоха.
2. В воду почти не поступает новый кислород.

Другие обитатели пруда потребляют кислород, выработанный растениями летом, и водоём становится гипоксичным (с низким содержанием O₂) или аноксичным (без O₂).

Анаэробная выносливость

Некоторые виды, например каймановые и расписные черепахи, переключаются на анаэробный метаболизм, не требующий кислорода. В лабораторных условиях они выживают при полном погружении в холодной воде более 100 дней.

Расписные черепахи — чемпионы по устойчивости к аноксии: они мобилизуют кальций из панциря для нейтрализации кислот, накапливающихся при анаэробном метаболизме.

Весеннее пробуждение

После зимовки такие черепахи — «одна большая судорога»: как у человека после интенсивного бега, когда накапливается молочная кислота. Им необходимо греться на солнце, чтобы повысить температуру тела, ускорить метаболизм и вывести кислые побочные продукты. В этом вялом состоянии они уязвимы для хищников.

Изучение зимовки в природе

В Онтарио, где зимы долгие, черепахи проводят в неактивности половину жизни. Понимание их зимних потребностей критически важно для сохранения видов, особенно учитывая, что две трети видов черепах находятся под угрозой исчезновения.

Исследовательская группа автора отслеживает несколько видов пресноводных черепах во время гибернации с помощью датчиков на панцирях, измеряющих температуру. Обнаружено, что все виды:

• Выбирают для зимовки места в водоёмах с температурой чуть выше нуля.
• Перемещаются подо льдом.
• Зимуют группами.
• Возвращаются на одни и те же места год за годом.

Полевые исследования продолжаются даже при -25℃, потому что подо льдом скрывается удивительный мир черепах, дышащих через клоаку.