Сплячка у тварин
У всіх бувають важкі часи, але деякі теплокровні тварини переживають їх у несвідомому стані сплячці. Пригнічений метаболізм, впала температура тіла, уповільнилося дихання. Організм не їсть, мінімально зношується та майже не старіє. Такі радикальні зміни у фізіології називаються глибоким сну, що не зовсім коректно: раніше цим словом позначали тільки зимову сплячку, а глибокий сну буває і літньої. Але термін прижився у науці, а науки навколо цього явища багато.
Як відбувається сплячка у тварин
То чого ж не вистачає тваринам, які впадають у сплячку? Якщо недолік тепла — це не основний чинник, можливо, вирішальну роль відіграє зниження споживаних калорій? Є підстави вважати, що це так. Наприклад, якщо восени підгодовувати бурундуків, сірих мишачих лемурів або золотистих хвилястих мишей, що готуються до глибокого сну, всі вони або впадуть у сплячку пізніше звичайного, або будуть спати не так довго.
Цікаво, що іноді цей стан буває викликаний недоліком якогось одного компонента їжі.
Крім того, глибокий сну може спровокувати відсутність води. Експериментально доведено: тварини, яких зовсім не напували, впадають у сплячку швидше і сплять довше, ніж звірята, які не мають недоліків у воді,
Ще один важливий фактор – непередбачуваність середовища. Це продемонстрували в 2006 році австралійські вчені, які влаштували своїм лабораторним хом'якам воістину непередбачуване життя: годували їх як доведеться, тому бідні гризуни не знали, чи зможуть вони сьогодні поїсти, і якщо так, то наскільки щільно. У таких умовах хом'яки впадали в сплячку з більшоюймовірністю і спали навіть довше, ніж тварини, які їжу отримували у менших кількостях, але регулярно.
Однак і до проблеми їжі сплячка теж не зводиться. Як встановили в 2011 році вчені з Університету Аляски, у чорних ведмедів, що виходять зі сплячки, швидкість обміну речовин повертається до норми лише через три тижні.
Можливо, травна система ведмедів у період сплячки настільки атрофується, що потрібен час на те, щоб її активність відновилася до колишнього рівня? — міркує Сандра Мартін. - Через неефективну роботу кишечника ведмідь може бути просто нездатний відразу повернутися до колишніх швидкостей метаболізму, навіть якщо його температура вже прийшла в норму
У лабораторії показали, що обсяг м'язів тринадцятисмугових ховрахів, що впали в сплячку, зменшується лише до певного моменту, а потім, поки тварина ще спить, починає рости, як би готуючи ховраха до майбутнього пробудження. При цьому маса тварини продовжує падати. Виходить, що м'язи так важливо підготувати до пробудження, що тварина витрачає на це ресурси навіть за умов їх катастрофічної нестачі. І що цікаво, організм розуміє, коли потрібно починати готувати м'язи. Тобто тварина може, прокинувшись, харчуватися, як і раніше, мізерно, а може взагалі розтратити останню енергію на підготовку до пробудження. Значить, десь в організмі є внутрішній «спостерігач», що поглядає на годинник.
Жоден звір не проводить весь період глибокого сну у стані пригніченого обміну речовин. Хоча б раз на тиждень сплячі тварини ненадовго прокидаються. Дехто під час цих коротких пробуджень встигає навіть вийти з нори і трохи поїсти. Але частіше тварини залишаються у своїх сховищах і нічого особливого не роблять. Однак їхній метаболізм стає більш активним.
Чергування періодів глибокої сплячки та пробудження нагадує зміну циклів сну та неспання. Тому деякі вчені припускають, що при глибокого сну у тварин відбувається уповільнення ходу внутрішніх (біологічних) годин, а це може бути пов'язано з пригніченням роботи генів, що керують цим годинником,
Для підтвердження цієї гіпотези потрібно було перевірити, чи дійсно активність генів біологічного годинника під час сплячки схожа на активність більшості інших генів, тобто різко пригнічена.
У 2007 році цим зайнялися вчені з Університету Луї Пастера. Дослідники спостерігали за роботою генів у супрахіазматичному ядрі (це головний годинник організму, під який підлаштовуються годинники всіх клітин) мозку хом'ячків. Експерименти показали: гени Per1, Рег2 і Bmal1 в періоди глибокої сплячки неактивні, тобто годинник зовсім не йде, або їх хід сильно уповільнений. При цьому кількість мРНК гена, важливого для синтезу мелатоніну, протягом усієї фази глибокої сплячки була такою, начебто тварина вважала, що триває ніч.
Сон тварин схожий на сплячку і в іншому: уві сні теж трохи падає температура тіла, змінюється електроенцефалограма. Все це підтверджує зв'язок сплячки із уповільненням ходу біологічного годинника. Але де тут причина, а де слідство — чи починається сплячка через уповільнення годинника чи зміна їхнього ходу відбувається внаслідок гальмування обміну речовин під час глибокого сну,—поки неясно.
Цікаво, що на моменти коротких пробуджень йде близько 70% енергії, яку тварина витрачає під час сплячки, При цьому тривають вони в сумі близько однієї десятої періоду глибокого сну. Раз це пожвавлення метаболізму обходиться тварині так дорого, значить, воно або дуже важливо, або є побічний ефект.
Ймовірно, за періодглибокої сплячки накопичується (або, навпаки, закінчується) якусь важливу речовину, баланс якої доводиться регулювати під час пробудження. Відомо кілька кандидатів на роль такого фактора, але для жодного з них акуратно не доведено, що саме він змушує тварину переривати глибоку сплячку.
Білок-обігрівач
Іноді температура тіла звірів, що перебувають у сплячці, опускається нижче нуля за Цельсієм. Мозок теж сильно остигає, проте все одно залишається тепліше за інші органи. Завдяки цьому, навіть перебуваючи в глибокій глибокій глибокій глибині, тварини можуть реагувати на деякі подразники і прокидатися, якщо це життєво необхідно. Напрошується припущення, що в мозку звірів, що впадають у сплячку, працює якийсь «обігрівач»,
Колектив вчених з Єльського університету, Каліфорнійського університету в Берклі та Університету Вісконсіна підтвердив наявність такого елемента — ним виявився білок термогенін (UCP1), який генерується у бурій жировій тканині (вона є у тварин, що впадають у сплячку, та у немовлят). Причому виробляється він у мозку лише тих тварин, яким справді необхідний, і лише взимку під час сезонної сплячки, а у звірів, не схильних до глибокого сну, UCP1 у нервових клітинах не утворюється. Цей білок витрачає величезну кількість енергії тільки на обігрів, а навіщо, наприклад, вовку, який цілий рік нишпорить лісами у пошуках їжі, витрачати енергію на обігрів мозку? Краще витратити її на роботу м'язів — адже не дарма кажуть, що вовка ноги годують.