Учёные обнаружили неожиданные особенности зимней спячки медведей

Чёрные медведи демонстрируют удивительно большое и ранее не наблюдавшееся снижение метаболизма во время и после зимней спячки. К такому выводу пришли учёные из Института арктической биологии Университета Аляски в Фэрбенксе. Их работа опубликована 18 февраля в журнале Science.

Неожиданное подавление метаболизма

«Обычно метаболизм животного замедляется примерно вдвое при каждом падении температуры тела на 10 градусов Цельсия. У чёрных медведей метаболизм замедлился на 75%, но их внутренняя температура тела снизилась всего на пять-шесть градусов», — сообщил ведущий автор исследования, научный сотрудник института Эйвинд Тёйен.

Степень подавления метаболизма стала неожиданностью, учитывая умеренное снижение температуры тела. Учёные также были удивлены, обнаружив, что метаболизм медведей оставался сниженным в течение нескольких недель после выхода из берлоги.

Потенциальное медицинское применение

Изучение физиологии крупных животных, впадающих в спячку, таких как чёрные медведи, имеет значение не только для сравнительной биологии. Применение механизмов подавления метаболизма к людям в экстренных ситуациях могло бы спасать жизни.

«Быстрое снижение метаболических потребностей у жертв инсульта, сердечного приступа или травмы перевело бы их в стабилизированное, защищённое состояние, выигрывая время для организации сложной медицинской помощи. Это могло бы продлить "золотой час" до "золотого дня" или больше», — отметил директор института и старший автор статьи Брайан Барнс.

Методология исследования

Это первое исследование, в котором непрерывно измерялись уровень метаболизма и температура тела чёрных медведей во время естественной зимней спячки и после выхода из берлог весной. Ранее технические ограничения не позволяли проводить такой долгосрочный мониторинг крупных животных.

В исследовании участвовали пять американских чёрных медведей, отловленных на юге центральной Аляски и во внутренних районах штата.

Учёные имплантировали каждому медведю радиопередатчики для регистрации температуры тела, сердцебиения и мышечной активности. Медведей содержали в сооружениях, имитирующих берлоги, вдали от людей и наблюдали с помощью инфракрасных камер.

Метаболизм измеряли путём непрерывного анализа концентрации кислорода и углекислого газа во входящем и выходящем из «берлоги» воздухе. Передатчики показали, что температура тела медведей не была стабильной, а колебалась в течение зимы в медленных циклах, длящихся по несколько дней.

Уникальные физиологические особенности

«Такие большие многодневные колебания внутренней температуры тела ранее не наблюдались ни у одного другого млекопитающего. Этот нюанс упускался в прошлых исследованиях и мог приводить к завышению оценок уровня метаболизма, поскольку медведи периодически дрожат, когда повышают температуру тела», — пояснил Тёйен.

Во время спячки медведи дышат всего 1–2 раза в минуту, а их сердцебиение между вдохами замедляется; иногда между ударами проходит 20 секунд. «Каждый раз, когда медведь делает вдох, сердце на короткое время ускоряется почти до уровня бодрствующего летом медведя. На выдохе сердце снова замедляется, и до следующего вдоха проходит ещё 30–60 секунд», — описал процесс Тёйен.

Медленное восстановление после спячки

Учёные ожидали, что метаболизм животных сразу вернётся к нормальному уровню, когда медведи возобновят активность весной, как это происходит у мелких впадающих в спячку животных, например, у арктического суслика.

«Мы были удивлены, обнаружив, что уровень метаболизма медведей всё ещё составлял лишь около половины от их нормального летнего уровня, даже несмотря на то, что температура тела вернулась почти к норме в 37°C», — сказал Тёйен.

Мониторинг метаболизма продолжался ещё месяц после выхода из берлоги. Наблюдения показали, что медведям требовалось две-три полные недели, чтобы стабилизироваться на летнем уровне метаболизма. «Свободно живущие медведи, которых можно встретить в лесу ранней весной, могут находиться в переходном состоянии», — заключил Тёйен.

Учёные планируют продолжить исследования, чтобы определить изменения в экспрессии генов, сопровождающие переходы в состояние спячки у чёрных медведей, и выяснить, можно ли активировать защиту тканей летом.