Почему люди не могут проспать всю зиму, как медведи. Кто впадает в спячку

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. В это время уровень метаболизма снижается до показателей, которые для большинства высших животных являются несовместимыми с жизнью.

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. Естественно, что чем активнее образ жизни и интенсивнее физиологические процессы, тем больше «топлива» в виде пищи нужно вводить в организм. В организме же, пребывающем в состоянии покоя в виде спячки, интенсивность всех обменных процессов сведены до физиологического минимума. То есть, энергии затрачивается ровно столько, сколько ее необходимо для того, чтобы зверь оставался живым и чтобы не произошли дегенеративные процессы в тканях и органах в связи с нехваткой энергии. В целом это состояние можно сравнить с тем, что происходит во время обычного сна, но, естественно, оно более «утрированно».

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). Откуда же тогда берется этот минимальный объем энергии, который все же зверю необходим? Он извлекается из запасов жира и гликогена, накопленных за активный период года. Расходуются они постепенно и обычно их хватает до самой весны.

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

Правообладатель иллюстрации Getty

Множество обитающих на Земле живых существ - от медведей до шмелей - впадает зимой в спячку. Но людям это не дано, и корреспондент выяснил, почему.

Многие из нас, людей, испытывают сонливость зимой, однако представители других видов идут дальше и впадают в спячку на целый сезон.

Мышь-соня зарывается в землю, чтобы свернуться там в аккуратный клубочек, колонии летучих мышей находят уединение на чердаках или в пещерах, медведи спят в своих берлогах, шмели прячутся в почве, а ежи находят укрытие в своих гнездах.

В спячку впадают животные всех видов - от насекомых и земноводных до птиц и приматов. И, похоже, это идет им только на пользу.

Однако хоть мы и можем взять дополнительный выходной, когда дни становятся короче и холоднее, но не в состоянии спать на протяжении длительных промежутков времени.

Как им это удается

Как-то это все же не очень справедливо по отношению к нам, людям. Но для того чтобы выяснить, почему мы не можем впадать в спячку, надо для начала объяснить, для чего это делают животные.

Самая очевидная причина впасть в спячку – уберечься от холода.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Мы можем всласть поспать, но впасть в спячку – это, увы, не для нас... Пока?

Спячка - это продолжительный период оцепенения, торпора (биологический термин, обозначающий глубокую спячку), во время которого животное накапливает энергию.

Процессы, протекающие в организме, замедляются, снижается частота дыхания и сердцебиения, обмен веществ становится менее интенсивным.

Интуитивно животные чувствуют, что в спячку надо впадать зимой. Условия жизни суровые, корма мало.

Поэтому многие животные отъедаются за лето, а затем, пока не настанет время просыпаться, существуют за счет накопленных жировых запасов.

Соответственно, животные, впадающие в спячку, чаще встречаются в северном полушарии. Большая часть суши в южном полушарии располагается близко к экватору, поэтому зимы там мягкие.

Однако это не универсальное правило.

Правообладатель иллюстрации Getty Image caption Ежи не дураки поспать, и умеют это делать не хуже медведей

Некоторые виды, живущие в условиях теплого климата, также впадают в спячку - такие как, например, карликовый лемур (Cheirogaleus sibreei ) на Мадагаскаре и южноафриканский еж в Анголе, Зимбабве и других африканских странах.

Более того, период их спячки не ограничивается холодными месяцами.

В ходе исследования сонь-полчков, проводившегося в 2015 году, выяснилось, что их спячка продолжается даже после окончания холодов.

Некоторые особи оставались в спячке под землей на протяжении 11.4 месяцев: практически целый год, и это самый длинный период спячки из тех, что наблюдался в дикой природе.

Это - "необыкновенно долгое отсутствие", говорит соавтор исследования Клаудия Бибер, сотрудница Университета ветеринарной медицины в Вене, Австрия.

Кто спит, тот обедает

На территории, где проводилось исследование, только четыре или пять месяцев в году бывают холодными. "Таким образом, очевидно, существуют иные причины [для торпора]", - полагает она.

Основная причина гибели мелких млекопитающих проста – их съедают

Кажется, главная причина заключается в "поведении" европейских буков. У этих деревьев периодически бывают плодовитые годы, в которые они дают небывалый урожай семян, которыми питаются сони-полчки.

Каким-то образом зверьки могли предугадывать, будет ли год изобильным, а если нет, они так и оставались под землей.

Существуют и другие источники пищи, однако соням требуется дополнительное количество семян бука для производства на свет потомства.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption И даже бабочки могут делать это - а мы нет!

"Они могут питаться фруктами (например, яблоками), и этого им достаточно для того чтобы подкрепиться, но не для производства потомства, и не достаточно для молоди, чтобы набрать достаточное количество жира, - говорит Бибер. - В такие годы они не размножаются и увеличивают вероятность собственного выживания за счет того, что просто остаются под землей".

Более того, Бибер считает, что у сонь есть еще одна причина спать подольше в укромных убежищах: хищники.

Оставаясь вне поля зрения своих врагов, сони исключают для себя вероятность стать добычей хищных птиц семейства соколиных и сов.

"Основная причина гибели мелких млекопитающих проста – их съедают", - говорит Бибер. Спрятавшаяся в земле соня не испускает никаких запахов - таким образом, ее трудно найти.

Огромные белые бабочки-капустницы в южной Испании делают нечто подобное. Их куколки впадают в спячку на три месяца летом, это явление известно как летняя спячка.

Вероятность выживания в состоянии спячки близка к 100%

"До недавних пор люди думали, что животные впадают в спячку для экономии энергии, защиты от холодной погоды и нехватки пищи, а сейчас мы думаем, что это скорее служит средством спасения от хищников", - говорит Томас Руф, который также работает в Университете ветеринарной медицины в Вене, Австрия.

"Мы знаем, что вероятность выживания для животных, впадающих в спячку, приближается к 100%".

Спать, чтобы выжить

Какая бы из причин не являлась основной, очевидно, что спячка сильно меняет образ жизни животных.

Некоторые из сонь, которых изучали Руф и Байбер, достигали возраста 12 лет, что является невероятным для маленьких грызунов (продолжительность жизни диких мышей редко превышает три месяца).

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Белки настраиваются на семейный сон

"Благодаря спячке им удается избегать хищников, - подчеркивает Руф. – В этом состоянии также важно обеспечивать поддержание жизнеспособности собственного организма, восстанавливать клетки".

В 2011 году проводилось исследование, в ходе которого команда ученых установила, что впадающие в спячку животные живут менее интенсивно, накапливают запасы веществ и свойств, необходимых для выживания, и дольше остаются в живых, чем не впадающие в сезонную спячку виды.

"Все впадающие в спячку животные уменьшают количество производимого в год потомства и увеличивают свою продолжительность жизни, - говорит Бибер. - Спячка замедляет темп жизни".

Это означает, что спячка может оказать влияние на функционирование целых экосистем, изменяя частоту размножения животных, что заставляет хищников искать другую добычу.

Однако при том, что у нас есть предположения, как и почему в процессе эволюции развилась спячка, мы не имеем ни малейшего представления, когда именно это произошло.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Впадали ли в зимнюю спячку динозавры, или она им была совершенно ни к чему?

"В общем и целом, нет практически никаких ископаемых данных, зато хватает домыслов", - говорит Руф.

Высказывались предположения, что динозавры, жившие рядом с Северным Полюсом, могли впадать в спячку, чтобы переживать долгие зимы. Однако регулярная спячка, как правило, оставляет следы в костях животных.

Во время исследований в 2011 году окаменелых останков динозавров не удалось обнаружить подобного.

Люди в процессе эволюции появились в экваториальной Африке, глубоко в тропиках

Тем не менее, Бибер говорит, что таким явлениям как спячка и летаргия миллионы лет.

Например, у представителей всех трех основных групп млекопитающих (клоачные, сумчатые и плацентарные, включая людей – Ред. ) развились такие способы существования, а сами эти группы обособились десятки миллионов лет назад.

Это дает основания полагать, что хотя бы некоторые животные, от которых произошли люди, могли впадать в спячку.

А мы чем хуже?

Похоже, однако, что мы утратили некоторые из наших ключевых способностей.

Например, наше сердце не может работать, если слишком холодно. Оно сжимается, реагируя на кальций, и если его слишком много, происходит остановка сердца.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Холод не останавливает сердца животных

Ниже определенной температуры сердце человека не может выводить избыток кальция и останавливается. "Человеческое сердце перестанет работать, если его охладить до 28 градусов по Цельсию", - говорит Руф.

Сердца животных, впадающих в спячку, наоборот, могут продолжать биться при температуре тела даже в 1 градус Цельсия. Руф утверждает, что у них есть специальные "насосы", позволяющие выводить кальций, которых нет у нас.

Однако это поднимает новый вопрос: почему у человеческих особей нет этих "насосов"? Ключевым фактором может быть наш образ жизни.

Процесс эволюции человека протекал в экваториальной Африке, глубоко в тропиках, где запасы еды постоянны. Это означает, что нам не требовалось впадать в спячку для того, чтобы избежать тягот жизни в суровых условиях.

Мы относимся к числу высших хищников, которые способны справляться с добычей значительно крупнее себя

Однако чем больше ученые изучают тропики, тем больше они там находят видов животных, впадающих в спячку, рассказывает Руф.

Он открыл, что малый лори может впадать в спячку на периоды до 63 часов между декабрем и февралем.

Это особенно поразительно, учитывая, что лори - приматы, то есть относятся к тому же семейству, что люди и обезьяны.

До настоящего времени были известны только три вида приматов, впадающих в спячку, все они - лемуры с Мадагаскара.

Правообладатель иллюстрации AFP Image caption Летучие мыши предпочитают спать в компании

Малые лори живут в материковой части Азии, и это открытие показывает, что спячка распространена шире, чем кто-либо мог ожидать.

Все это означает, что наше тропическое происхождение снизило возможности для развития способностей к спячке. Но не исключило ее полностью.

Видимо, столь же важно и то, что мы относимся к числу высших хищников, способных справляться с добычей значительно крупнее себя.

Возможно, у нас никогда не возникало надобности впадать в спячку, чтобы избежать такой опасности, как хищники.

Не исключено, мы просто несколько крупноваты. В среднем животное, впадающее в спячку, весит 70 граммов.

Животные, впадающие в спячку на полгода, не страдают от потери мышечной массы или остеопороза

Существуют, впрочем, исключения из этого правила, наиболее очевидное из них - медведи, но они не впадают в такую глубокую спячку, как другие животные.

В частности, они не так сильно понижают температуру тела, поскольку для того, чтобы потом разогреться, им потребуется слишком много энергии.

Объективно существует набор факторов, которые могут подтолкнуть животных впадать в спячку, и у людей не наблюдается ни одного из них.

У спячки могут быть и свои недостатки. Например, у впадающих в нее животных обычно отсутствует иммунная система, таким образом, для них существует риск заразиться инфекцией.

Вспомнить все

Как представляется, спячка также влияет на память. В 2001 году Ева Миллеси, сотрудница Университета Вены учила группы бурундуков (Spermophilus citellus ) проходить лабиринт.

Группы, которые впадали в спячку, имели ослабленную память и забывали все, чему их учили.

Однако это не останавливает исследователей, изучающих возможность "сконструировать" человеческую спячку.

Анестезиолог Роб Хеннинг из Университета Гронингена в Нидерландах сотрудничает с NASA как раз в этом вопросе.

Он говорит, что спячка способна обеспечить будущих астронавтов двумя ключевыми преимуществами.

Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Астронавт выполняет комплекс физических упражнений на борту МКС. А мог бы спать

Она – теоретически - позволит сократить объем дорогостоящих припасов, которые необходимо брать с собой в космос, а также защитит здоровье.

"В числе вещей, особенно раздражающих астронавтов, - необходимость выполнять физические упражнения по шесть часов в день", - говорит Хеннинг. В противном случае их мышцы и кости атрофируются.

Но упражнения в космосе доставляют мало удовольствия из-за высокой – более 30 градусов – температуры и обилия углекислого газа в воздухе.

Если бы астронавты могли впадать в спячку, им бы не пришлось выполнять физические упражнения. "Животные, проводящие по полгода в спячке, не страдают от атрофии мышц или остеопороза", - говорит Хеннинг.

Спячка могла бы в буквальном смысле спасать жизни.

Есть данные, что впадающие в спячку существа защищены от вреда, который наносит радиация

"Есть данные, что животные, впадающие в спячку, защищены от разрушительного воздействия радиации, а в космосе это действительно очень важно", - говорит Хеннинг.

В настоящий момент люди могут находиться в безвоздушном пространстве только около года; если человек проводит в космосе больше года, то значительно возрастает риск заболеть раком.

"Если бы мы смогли сделать так, чтобы люди впадали в спячку, и обеспечить им защиту, это позволило бы предпринимать куда более продолжительные космические миссии", - говорит Хеннинг.

Это также может помочь в долгосрочной колонизации космоса. "В реальности в космосе невозможно завести детей, потому что яйцеклетки и сперма настолько деформируются, что вы никогда не получите правильного потомства".

"Если мы поймем последовательность нейроэндокринной регуляции, однажды настанет час, когда мы сможем сделать так, чтобы человек впал в спячку, - утверждает Руф. - Мы знаем, что другие приматы, лемуры Мадагаскара, например, впадают в спячку, и, соответственно, у нас есть генетическая структура для образования требуемых субстанций и последовательностей".

Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Длительный сон на орбите мог бы сохранить здоровье космонавтов

"Я не вижу причин, по которым это было бы невозможно, - говорит Хеннинг. - Это не совсем "да", но довольно близко к нему. Где угодно можно найти животных, впадающих в спячку, и я не вижу причин, почему в эту категорию не могут попасть люди".

Конечно, если мы заставим спячку работать, то столкнемся с теми же недостатками этого явления, что и у животных - такими, например, как потеря памяти.

"Вероятно, нам удастся погрузить астронавтов в спячку, но после пробуждения они могут не вспомнить, кто они такие и что должны делать", - говорит Руф.

Даже если невозможно заставить человека впасть в спячку, имитация некоторых процессов, происходящих в таком состоянии, способна помочь справиться с некоторыми человеческими болезнями.

Когда животные находятся в состоянии спячки, их органы кажутся больными: легкие выглядят, как у страдающего астмой, а мозг демонстрирует признаки болезни Альцгеймера.

Однако когда они просыпаются, то очень быстро восстанавливаются, и всё возвращается в нормальное состояние.

Возможно, нам удастся погрузить астронавтов в спячку, но после пробуждения они могут не вспомнить, кто они такие и что должны делать

Хеннинг сравнивает это с тем, если бы им пришлось выпить 10 банок энергетического напитка - так быстро у них восстанавливается здоровье.

Например, в результате проводившегося в 2008 году исследования обнаружилось, что белые медведи не теряют костную массу за время спячки.

Они - единственные млекопитающие, которым удается этого избегать. Выяснилось, что живущие в дикой природе беременные белые медведицы переносят шестимесячную спячку лучше, чем бурые медведи.

Возможно, понимание этого механизма может помочь нам в изучении и лечении остеопороза у людей.

Голландская фармацевтическая фирма Sulfateq тестирует химические препараты, "основанные на защитном эффекте природного механизма спячки".

Один из таких препаратов, SUL-121, был протестирован как возможное средство для лечения заболевания, известного как хроническая обструктивная болезнь легких.

До сих пор этот способ лечения либо существует лишь в теории, либо находится на очень ранней стадии разработки.

Может случиться и так, что спячка окажется полезной для нас, даже если мы никогда не научимся впадать в нее.

Для всех представителей животного мира сутки делятся на фазы активного бодрствования и покоя. Человек, кстати, тоже не исключение. Однако некоторое зверьё вдобавок ещё впадает в сезонную спячку. Нам, людям, сложно представить, каково это несколько месяцев беспробудно спать , а вот медведи, многие грызуны и лягушки относятся к таким вещам обыденно. Давайте же разберёмся, почему животные впадают в спячку.

Как это происходит?

Спячка – это не просто долгий сон, а определённое состояние организма, которое помогает пережить зиму. Во время спячки метаболизм у животного в разы замедляется. Впрочем, это касается и всех остальных процессов. Температура тела снижается иногда даже до минусовых температур. Дыхание может замедлиться до 1-2 вздохов минуты. Сердце также может совершать лишь несколько ударов в минуту. Все питательные вещества, таким образом, расходуются гораздо экономнее, поэтому животное может обойтись несколько месяцев только на внутренних ресурсах.

Каждая клетка организма начинает экономнее расходовать энергию.

У большинства видов тело в этот период находится в состоянии оцепенения, чтобы энергия не расходовалась на ненужные сокращения мышц. Если вы обнаружите суслика в спячке, то его вполне можно принять за мёртвого.

И это далеко не весь перечень

Животные в северных регионах впадают в спячку зимой, а в засушливых – летом. Таким образом, видно, что спячка помогает пережить им наиболее сложное время в году.

Спячка может быть и суточной. В неё впадают колибри и летучие мыши.

А ещё некоторые животные могут впадать в спячку при неожиданном наступлении неблагоприятных условий. Например, когда начался период затяжных дождей, и еду добывать проблематично, можно переждать некоторое время в спячке.

Кстати, и один из приматов впадает в спячку. Речь идее о карликовом лемуре из Мадагаскара. Он спит в своём дупле он около семи месяцев (!). Довольно странно, ведь в тех краях температура зимой около 30 градусов тепла. Однако рекордсменом по спячке считается колумбийский суслик , который начинает свой марафон летом, а просыпается только весной.

Зачем животным нужна спячка?

Всё довольно прозаично – состояние спячки нужно, чтобы пережить голодную зиму.

Конечно, не все животные переживают зиму в спячке. Их может убить экстремально низкая температура, истощение или просто случайно нашедший их укрытие хищник.

Как животные обходятся без еды во время спячки

Запасы! Именно заблаговременно подготовленная пища помогает животным пережить зиму. Но ведь они крепко спят! На самом деле через определённые промежутки времени небольшие зверьки всё же просыпаются, чтобы подкрепиться и попить воды.

Запасы очень важны для грызунов

А вот медведи обходятся без всего этого. Накопленный в период подготовки жировой слой не только обеспечивает их питательными веществами во время спячки, но и способствует поддержанию определённой температуры тела. Медведь не мочится, поэтому потери жидкости минимальны. Водный баланс в его организме поддерживается за счёт сжигании жира. Медведи просыпаются гораздо реже. Чаще всего они беспробудно спят всю зиму.

Вопреки расхожему мнению медведь сосёт лапу не из-за голода , а для того чтобы увлажнить пересохшие ступни и обгрызть ороговевшие участки кожи.

Нужно подготовиться!

Животные уделяют много времени подготовке к спячке, ведь им не только нужно запастись питательными веществами, но и обустроить своё жилище , дабы там сохранялся определённый микроклимат.

Норы грызунов могут иметь глубину от 3-х метров. Там складируются зёрна, орехи и семечки, которые помогут поддерживать жизненные силы. В одном укрытии может зимовать целая семья грызунов.

Каждое дупло, берлога, нора обязательно должна быть безопасна и недосягаема для хищников, а температура должна сохраняться выше нуля, даже если снаружи сильные морозы. Именно температуре в жилище будет соответствовать температура тела многих животных в спячке. Так что не всё так просто.

Проще всего приходится рыбе далии, которой не нужно заботиться о жилище. Она прекрасно себя чувствует в замерзшем озере. Уникальная структура тканей защищает эту рыбу от промерзания, и когда лёд тает, она продолжает свою жизнедеятельность.

Медведи, пожалуй, в плане жилища самые непривередливые. Эти товарищи могут просто закопаться в листьях, а зимой их заваливает снегом. Так что осторожнее, ведь один из сугробов может оказаться спящим мишкой, а спят они не так уж и крепко. Особенно вам не поздоровится, если наткнётесь на косолапого ближе к весне, ведь он будет очень голодным. Вероятно потому, что их сон не глубокий, медведи особо и не парятся насчёт надёжного жилища. Все и так знают, как небезопасно будить их зимой.

Кстати, вы бы почитали « «. Узнаете заодно, как к щекотке относятся животные.

Почему одни животные впадают в спичку, а другие нет?

Каждый вид приспособился к зиме по-своему. Перелетные птицы (да-да, они же не животные), недолго думая улетают в более комфортные места для зимовки. Организм некоторых животных готовится к активной зимовке. Примером тому являются зайцы, которые меняют свой окрас на белый в целях маскировки и отращивают шерсть на подушечках лап, чтобы по льду и снегу было проще передвигаться. Белки просто заполняют свою нору припасами, которых хватает на зиму. Многие насекомые, отложив до весны яйца, просто погибают.

В зимних условиях тот же медведь тратил бы очень много энергии на поиск пропитания, на передвижение по сугробам и просто на сопротивление морозам. Найденная пища не всегда бы восполняла потерянные силы, и выживание медведя было бы под вопросом. Перебраться в другие более тёплые края он не может, а чтобы собрать достаточно припасов на зиму мишке понадобилась бы огромная берлога. Поэтому самым приемлемым вариантом для него, как и для многих других видов, становится спячка. Их привычная активность в зимних условиях была бы убийственной.

Раз уж заговорили о медведях, то некоторые учёные говорят, что его спячка не может называться полноценной. Процессы в организме косолапого замедляются не на столько, как у тех же грызунов. Да и температура его тела не так уж сильно понижается – всего на 5 градусов. Есть такие земляные белки, у которых во время спячки температура может быть около –2 градусов.

Исходя из вышесказанного, спячку медведей называют лёгкой. Сюда же относят енотов и барсуков. А вот суслики, ёжики, тушканчики и многие другие впадают в истинную зимнюю спячку, когда их тело полностью цепенеет.

Группа экспертов при Европейском космическом агентстве изучает, есть ли безопасный способ погрузить человека в состояние «спячки». Один из экспертов, учёный-невролог из Оксфордского университета Владислав Вязовский, в своей статье, опубликованной в издании The Conversation, рассказывает о том, зачем это нужно и какие могут быть последствия.

Животные впадают в спячку, потому что для них это оптимальный способ переждать то время, когда трудно найти корм. В этот период химические реакции в организме замедляются. Частота сердечных сокращений, дыхание, потребление энергии - все эти показатели уменьшаются. Может снизиться и температура тела.

Умение впадать в спячку пригодилось бы и человеку, особенно если он в течение нескольких лет живёт в космическом аппарате, который летит за пределы Солнечной системы. Путешествие к Марсу, ближайшей к нам планете, может занять на нынешнем этапе технического прогресса около восьми месяцев. А путь за пределы Солнечной системы растянулся бы на несколько лет, даже если космический корабль будет лететь со скоростью света.

Если будет возможность погрузиться в длительный «сон», то долгие путешествия были бы менее утомительными для астронавтов. Более того, так они сохранили бы свои жизненные ресурсы.

Предложения «усыплять» космонавтов уже звучали. В 2015 году доктор Марк Шаффер из Атланты разъяснил, что можно использовать систему под названием Rhino Chill. Через нос в организм поступает охлаждающая жидкость, температура тела постепенно понижается до 32 градусов Цельсия - человек входит в состояние онемения. Когда экипаж достигает места назначения, подача жидкости прекращается, и это позволяет астронавтам проснуться. Это означает, что до Марса они могли бы добраться в небольшой капсуле.

В медицине в состояние оцепенения сейчас иногда вводят критических больных, которые получили травмы, но этот метод не применяют больше недели.

В отличие от человека, животные «знают», как безопасно и спонтанно входить в состояние оцепенения. Вопросу о том, как они это делают, посвящено множество исследований, но пока нашлось мало вразумительных ответов. Возможно, режим спячки запускается «снизу вверх», то есть изменения сначала происходят в отдельных клетках организма на молекулярном уровне. Есть теория, что процесс идет «сверху вниз», то есть нервная система или гормоны подают сигналы организму.

Главной опасностью для человека, если он будет входить в спячку, являются возможные последствия для мозга. Ошибочно думать, что животные находятся в спячке по полгода - они регулярно выходят из этого состояния, чтобы погрузиться в обычный глубокий сон. Это заставило некоторых учёных предположить, что спячка - это «бессонное» состояние. Есть вероятность, что оно может изменить мозг, если тот не будет восстанавливаться с помощью механизмов сна. К тому же мозг очень чувствителен к недостатку кислорода и нуждается в защите на то время, когда снижена подача крови и питательных веществ к нему.

Также известно, что «спячка» реорганизует синаптические связи, а они являются основой нашей памяти. При этом исследования на животных, например на летучих мышах, показывают, что большинство воспоминаний сохраняются даже после многих месяцев, проведённых в состоянии почти полной нейронной депрессии.

Пока учёные не уверены, возможно ли безопасно погружать человека в спячку. Для этого, как пишет Владислав Вязовский, необходимо изучить ключевые участки мозга и определить ключевые молекулярные пути, которые регулируют функцию сна.

Профессор кафедры фармации Первого московского государственного института имени И.М. Сеченова Евгений Абизов (ранее около 15 лет там же преподавал биологию, зоологию, теорию эволюции. - Прим. ред.) рассказал, что у животных есть свои способы «поддерживать здоровье» в спячке. Например, медведи долго готовятся к ней - накапливают жир. В берлоге они сосут лапу, благодаря этому выделяется желудочный сок и работа желудочно-кишечного тракта поддерживается на минимальном уровне. Если бы этого не происходило, не работали бы - также на минимальном уровне - другие органы: отмирали бы клетки головного мозга, останавливался бы кровоток, вследствие чего наступила бы смерть животного.

Евгений Абизов напомнил, что коммерческие компании уже довольно давно «замораживают» безнадежно больных людей, находящихся в коме. Этот бизнес рассчитан на тех, кто верит, что в будущем их можно будет «оживить». Но пока, как отмечает Евгений Абизов, не придуман способ, позволяющий восстановить функции «замороженного» организма.

Заведующий отделением сомнологии Федерального научно-клинического центра оториноларингологии ФМБА Александр Мельников отметил, что, прежде чем тестировать препараты для «спячки» на людях, необходимо, как это обычно и делается, провести исследования на животных.

Пока я отношусь скептически к этой идее, всё это похоже скорее на бред, - сказал он. - Если сейчас кто-то начнёт проводить эксперимент прямо на человеке, тот может просто умереть. Это опасно.

Наука

Некоторые животные способны впадать в спячку. Они проводят свой день питаясь, занимаясь сексом, а когда приходит зима, они сворачиваются и пережидают, когда погода прояснится. Но способны ли люди впасть в такое же состояние?

Животные и спячка

Во-первых, стоит разобраться в термине. Хотя люди часто его используют в разговоре о любом сонном состоянии у животных, истинная спячка - это очень специфическое состояние, характеризующееся глубоким снижением обмена веществ, поглощения кислорода и частоты сердечного ритма . Ученые классифицируют спячку на: сезонную и настоящую непрерывную спячку, в зависимости от глубины сна.

Центральная температура тела животного, впавшего в спячку, падает до крайне низких отметок, иногда совпадая с температурой на улице. По мере того, как охлаждается организм, замедляется и обмен веществ. Это снижает потребности в кислороде, дыхание тоже замедляется, иногда до 1-5-ти вдохов в минуту.

Частота сердечного ритма также может свестись к нескольким ударам в минуту. Все это способствует максимальному сохранению энергии , что вызвано необходимостью поддерживать себя ограниченными запасами жира. Истинные животные, впадающие в спячку, не засыпают на всю зиму и периодически встают, чтобы размяться, поесть то, что они сохранили, и привести себя в порядок.

Животные входят в этот режим сохранения энергии для того, чтобы переждать длинные периоды крайних условий окружающей среды, как например отсутствие еды и воды, или очень высокие или низкие температуры.

Люди способны справится в таких ситуациях, так как у них есть консервированная еда, выращенные в теплицах овощи, кондиционеры воздуха, обогреватели и теплые свитера. Нашему организму попросту не нужно впадать в спячку, и мы к этому полностью не приспособлены . Однако ученые продемонстрировали несколько способов, с помощью которых люди входили в состояние, близкое к спячке.

Люди, впадавшие в спячку

Существует множество задокументрованных случаев, когда люди входили в состояние, близкое к спячке у животных. В октябре 2006 года, спасатели нашли японца Мицутаку Учикоши (Mitsutaka Uchikoshi) спустя 24 дня после того, как он пропал в западной части горы Рокко в Японии. Когда они его нашли, у него не было признаков пульса и дыхания, а температура тела упала до 22 градусов по Цельсию . Врачи позже подтвердили, что его обмен веществ практически остановился. Когда же он проснулся, без признаков повреждения мозга и других длительных негативных последствий, он объяснил, что последнее, что он помнил, был удар головой. Все время, что он отсутствовал, он находился в бессознательном состоянии без еды и воды. Врачи, которые его лечили, заявили, что быстрое наступление гипотермии замедлило процессы в организме и возможно спасло ему жизнь.

Похожая история произошла с норвежским лыжником, который упал в ледяную воду и проснулся совершенно невозмутимым, после того, как у него не наблюдалось ни сердцебиения, ни дыхания, а температура тела достигла 13,9 градусов по Цельсию. Другой случай произошел с канадским ребенком, который потерялся холодной ночью, и которого затем привели в чувство, после того как он охладился до 16 градусов, пробыв без сердцебиения полных два часа .

В 1970-х годах во время эксперимента йог Сатямурти (Satyamurti) заточил себя в маленькой подземной яме в состоянии глубокой медитации в течение 8-ми дней , пока за ним наблюдали с помощью электрокардиограммы. Вначале сердцебиение йога было нормальным, а затем на какое-то время увеличилось до 250 ударов в минуту. К вечеру второго дня электрокардиограмма перестала показывать активность и оставалась такой пока йога не извлекли на последний день. Ошеломленные исследователи которые следили за йогом были уверенны, что в аппаратуре были какие-то сбои, но не смогли найти другого объяснения кроме того, что сердце йога остановилось или электрическая активность упала ниже записываемого уровня.

Последствия спячки

Все это говорит о том, что наш организм обладает некоторыми способностями к спячке. Но, как и было уже сказано, нам это не нужно, и наше тело полностью к этому неприспособлено. То, что нас удерживает от состояния спячки, на самом деле является довольно большими препятствиями. Так, например, ученые из Лейпцига несколько лет назад выяснили что мозг, впадающих в спячку сусликов содержит клетки мозга с измененными белками, которые похожи на те, что присутствуют в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера.

Синапсы, соединяющие нейроны мозга, также деградируют. Но в отличие от сусликов, у которых не обнаруживается повреждений мозга после спячки, функции мозга человека в таком же состоянии продолжают ухудшаться .

Но все же спячка по заказу может быть полезна для людей и не только для того, чтобы переждать зиму. Вызывая спячку у пациента, попавшего в аварию, можно было бы избежать сильной потери крови и разрушения клеток по пути в больницу . Это также откроет возможности для космических исследований . Так, например, космонавты, могли бы проспать много лет, чтобы добраться до дальних планет.

Как ввести в спячку

Исследователи пытались найти разные способы подключить режим спячки у животных. Одним из них является присоединение сероводорода, который уменьшает потребность в кислороде и замедляет обмен веществ . Так в 2005 году два американских исследователя впервые ввели лабораторных мышей в спячку, заставив их вдыхать большие дозы сероводорода. Их обмен веществ замедлился, температура упала и они сразу же вышли из спячки, после того как сделали большой вдох кислорода несколько часов спустя.

Хирурги из Массачусетской больницы в США решили прибегнуть к другому методу в эксперименте на Йоркширских свинках. После введения свинкам анестезии и поранив их, что привело к сильному шоку и большой потере крови, хирурги быстро охладили тело свинок до 10 градусов по Цельсию и наполнили их вены раствором для сохранения органов для пересадки . К тому моменту, свинки были почти мертвы. У них практически не было сердцебиения, сильно снизился кровоток и не наблюдалось электрической активности мозга. Хирурги прооперировали подопытных от ранений, а затем их оживили, подняв температуру тела с помощью закачивания теплой крови. Свинки вернулись в прежнее состояние без серьезных физических или когнитивных нарушений.

И хотя все это звучит невероятно и внушает надежду, мы еще довольно далеки от момента, когда человека можно будет ввести в состояние спячки простым и надежным способом . Другие эксперименты на овцах и свиньях с вдыханием сероводорода провалились, возможно, потому, что этот метод не действует на более крупных животных, включая нас.

Опыт же, проведенный на свинках, по понятным этическим причинам невозможен. Но возможно наука продвинется вперед, и мы сможем впадать в спячку во время операций или на время полета на Юпитер.