Utrzymanie stałej temperatury ciała przy obniżającej się temperaturze powietrza wymaga od zwierząt nie lada wysiłku. Nie wszystkie są w stanie ponieść tak olbrzymi koszt energetyczny. Ewolucja przygotowała dla nich idealne rozwiązanie – zimowe odrętwienie.
Logiczne jest to, że większość spośród gatunków, które w niesprzyjających warunkach spowalniają swój metabolizm, stanowią zwierzęta niewielkich rozmiarów. Szybka przemiana materii wymaga od leśnej drobnicy pochłaniania dużej ilości pożywienia, które w zimie jest niedostępne. Świetnym przykładem tego są nietoperze bądź jeże, podstawę ich diety stanowią przecież nieegzystujące zimą owady. Natura znalazła jednak wyjście z tej patowej sytuacji – popadające w odrętwienie zwierzęta przestają zużywać energię na poszukiwanie pożywienia i obniżają temperaturę swojego ciała. Ich tkanki zaczynają oszczędzać drogocenne paliwo, serce uderza coraz wolniej, tempo oddychania spada. Zwierzęta zawieszają swoją aktywność i na zgromadzonych przed zimą zapasach energetycznych spokojnie mogą dotrwać do wiosny.
Fot. Paweł Fabijański
Normalna temperatura ciała jeża wynosi 34–36 stopni Celsjusza, zimą może spaść do zaledwie 1 stopnia Celsjusza.
O tym, że stary niedźwiedź mocno śpi, wiedzą już najmłodsze dzieci. Te starsze potrafią też jednym tchem wymienić kilka gatunków zwierząt zapadających w tzw. zimowy sen. Czy jednak zimowe odrętwienie ropuchy jest tym samym co „sen” świstaka? – Hibernacja i sen zimowy w niektórych środowiskach są nazwami wymiennymi i odnoszą się do stanu tak zwanego odrętwienia organizmu – tłumaczy Sandra Kaźmierczak z Pracowni Zoologii Katedry Zoologii Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. – Niektórzy badacze oddzielają jednak te dwa pojęcia, argumentując, że sen zimowy nie jest aż tak drastycznym okresowym spowolnieniem procesów życiowych, jak hibernacja – dodaje. W trakcie snu zimowego temperatura ciała zwierzęcia spada nieznacznie lub wcale, a stan odrętwienia jest płytki i łatwo się z niego wybudzić. W ten sposób zimę spędzają między innymi niedźwiedzie, szopy pracze, jenoty czy wiewiórki. – Podczas hibernacji natomiast metabolizm spowalnia, a oddech i tętno niemal ustają. Organizm nadal funkcjonuje i nie zamarza, chociaż tak jak u susła arktycznego temperatura ciała może spaść nawet do prawie –3 stopni Celsjusza – objaśnia Kaźmierczak. Jako sposób na przeczekanie niekorzystnych warunków hibernację wybierają susły, świstaki, jeże, borsuki, chomiki i nietoperze, a także bezkręgowce, płazy i gady. Kaźmierczak wskazuje, że strategii przetrwania niekorzystnych okresów jest więcej. Zwierzęta, jak wyjaśnia, potrafią chwilowo obniżyć temperaturę swojego ciała na czas od kilku godzin do maksymalnie kilku dni. Tego typu zjawisko nazywa się torporem. Dotyczy ono między innymi małych ssaków i ptaków, na przykład jerzyków, lelka kozodoja, ale głównie obcych gatunków, takich jak kolibry czy czepigi. – Związane jest to z zasadą, że im mniejsze zwierzę stałocieplne, tym szybszy ma metabolizm, a szybszy metabolizm wiąże się z wysokimi kosztami energetycznymi – tłumaczy i jako przykład podaje niepozorne myszy domowe, które tak jak i inne małe zwierzęta potrzebują jedzenia w krótkich odstępach czasu. – Mysz domowa je od piętnastu do dwudziestu razy dziennie. W chwilach obniżonej aktywności, przy spadku temperatury lub w momencie wystąpienia intensywnych opadów, kiedy dostęp do jedzenia jest ograniczony, zwierzęta te obniżają temperaturę ciała, przez co zwalnia ich metabolizm. W wyniku tego nie potrzebują dużych pokładów energii – mówi Kaźmierczak. W takich sytuacjach podobnie reagują nietoperze. Profesor Czesław Blaszak w publikacji na ich temat podał, że w trakcie torporu tętno u tych wyjątkowych zwierząt spada z ponad trzystu do kilkunastu uderzeń na minutę, a pojedynczy wdech i wydech trwają nawet półtorej godziny. Zjawisko to zaobserwowano również wśród małych ssaków, które w ten sposób reagują na niekorzystne warunki po pożarach buszu. – Nie można też zapominać o tak zwanej estywacji, która zachodzi u zwierząt zarówno w tropikach, jak i w naszej szerokości geograficznej. Zjawisko polega na podobnych mechanizmach co w hibernacji, ale zachodzi w okresie letnim, który też czasem może być niekorzystny dla organizmów ze względu na wysoką temperaturę powietrza czy suszę – dodaje Kaźmierczak.
Każdy z procesów zimowego odrętwienia wymaga od zwierząt konkretnych przygotowań polegających przede wszystkim na uzupełnianiu zapasów tkanki tłuszczowej białej oraz brunatnej. – Ta ostatnia jest też nazywana gruczołem snu zimowego ze względu na to, że w dużej mierze przyczynia się do wydzielania ogromnej ilości energii zaraz po wybudzeniu z hibernacji. Dzieje się tak, ponieważ jej komórki zawierają dużą ilość mitochondriów, czyli silników komórki. Energia ta jest spożytkowana na ogrzanie organizmu po okresie hipotermii – wyjaśnia Kaźmierczak. Z założenia hibernacja powinna być stanem ciągłym, jednak czasami zwierzęta się wybudzają. Zdarza się to na przykład jeżom. Optimum temperatury w miejscu, w którym zapadają w hibernację, powinno oscylować wokół 4 stopni Celsjusza. Czasami jednak zwierzę wybierze lokum, gdzie ta temperatura jest wyższa lub niższa. – Wtedy tempo metabolizmu jest większe, zapasy szybciej się kurczą i może to skutkować przerwaniem hibernacji – opowiada Kaźmierczak, która wskazuje, że tego typu reakcja jest istotna dla jeży zwłaszcza w kontekście zmiany klimatu. – Jeże mogą się wybudzić wcześniej, bo dla ich wewnętrznych zegarów jest już ciepło, ale dla ich pożywienia, czyli głównie larw owadów – nadal za zimno. To może skutkować niedożywieniem, a nawet śmiercią głodową tych niezwykle pożytecznych zwierząt. Ze snu zimowego wybudzają się także poszukujące pożywienia lub nowego lokum wiewiórki, posilające się zgromadzonymi jesienią zapasami chomiki czy niedźwiedzie. – Ciężarne samice niedźwiedzi właśnie zimą rodzą młode, które ogrzewane są ciałem „śpiącej” mamy. Co ciekawe, podczas zimowej hibernacji nie zmniejsza się poziom tkanki mięśniowej ani kostnej tych zwierząt, ale tracą nawet do czterdziestu procent masy tkanki tłuszczowej, którą zgromadziły przed hibernacją. I to pomimo bezruchu w trakcie snu; jedyną aktywnością, jaką wykonują, jest drżenie mięśni – mówi Kaźmierczak. Naukowcy wskazują, że wybudzenie w trakcie hibernacji jest bardzo kosztowne energetycznie i zwierzę może zużyć na nie nawet 75 proc. energii zgromadzonej na cały okres hibernacji. Najczęściej hibernacja trwa nieprzerwanie przez wiele miesięcy. Jak dodaje Kaźmierczak, występuje m.in. u susłów, świstaków czy popielic. To te grupy zwierząt otłuszczają się przed zapadnięciem w sen zimowy i pozostają nieaktywne aż do momentu znacznego podwyższenia temperatury otoczenia. Zwierzę musi również zadbać o odpowiednie zimowe lokum. Hibernakulum powinno być kryjówką bezpieczną, dobrze zabezpieczoną przed drapieżnikami, z odpowiednią wilgotnością, która zapewni lokatorowi w miarę stałą temperaturę, co najwyżej kilka stopni poniżej zera. Skąd zwierzęta wiedzą, czy popaść już w zimowe odrętwienie? Tutaj do głosu dochodzą hormony. – Wydłużenie nocy w okresie jesienno-zimowym wpływa na wzrost wydzielania hormonu nazywanego melatoniną, odpowiedzialnego za rytmy dobowe wszystkich ssaków – tłumaczy rozmówczyni. U jeży na przykład w tym czasie spada również poziom hormonów płciowych u samców, czyli testosteronu. To także wpływa na regulację hibernacji. Samce „idą spać” i budzą się o miesiąc wcześniej niż samice.
Badania naukowe wykazały, że mózg susła wybudzonego z hibernacji daje taki sam obraz jak u zwierzęcia z niedoborem snu. Pozwala to mieć pewność, że sen zimowy, hibernacja lub torpor niewiele ze snem mają wspólnego. – Sen jest czynnością układu nerwowego, polega między innymi na spowolnieniu i obniżeniu aktywności, metabolizmu, podaży tlenu do mózgu – objaśnia Kaźmierczak i wskazuje, że o ile we śnie zimowym chodzi o obniżenie aktywności i tzw. przeczekanie niesprzyjających warunków, o tyle sen sam w sobie ma właściwości regeneracyjne, bo jest procesem przeciwstawnym do czuwania. – W trakcie prawdziwego snu wydzielane są hormony związane z procesami anabolicznymi, na przykład hormon wzrostu. Ponadto przetwarzane są informacje, które organizm otrzymał w trakcie aktywności, stąd jego istotna rola w procesach związanych z pamięcią – argumentuje. W trakcie snu w mózgu zwiększa się koncentracja glikogenu, który będzie wykorzystywany jako paliwo w ciągu dnia. Sen w sensie fizjologicznym jest stanem składającym się z faz, w których odnotowuje się aktywność mózgu i mięśni, a te są u hibernujących organizmów bardzo ograniczone. Jest także pewne, że hibernujące zwierzęta, ze względu na brak fazy REM, nie mają żadnych marzeń sennych. Kaźmierczak wskazuje, że jedyną cechą wspólną snu oraz snu zimowego jest obniżenie aktywności. – W przypadku snu zimowego jest to drastyczny spadek, dochodzący nawet do poziomu poniżej pięciu procent – dodaje. Sen czy odrętwienie, jedno jest pewne – zwierzęta powinny w trakcie zimowego odpoczynku mieć spokój. – Dlatego jeśli widzimy w piwnicy hibernujące nietoperze albo wśród ogrodowych liści znajdziemy jeża, to nie przeszkadzajmy im. Ten zimowy stan jest szczególnie ważny w dobie postępującej zmiany klimatycznej, która wpływa na skrócenie okresu hibernacji.
DAJMY IM SPAĆ! Wybudzenie z hibernacji wymaga od zwierząt ogromnego wysiłku energetycznego, a stres, który przy tym odczuwają, przyspiesza przemianę materii. Podczas wybudzenia zgromadzony jesienią tłuszcz brunatny szybko się spala, by dostarczyć organizmowi dużych ilości energii, co jest niezbędne do podniesienia temperatury ciała. Z taką sytuacją zwierzęta mogą sobie poradzić, gdy mają już pod dostatkiem pokarmu. Wybudzone zimą nie mają szans na przeżycie. Grozi im śmierć głodowa i zamarznięcie. Dlatego ważne jest, żeby „śpiącym” zwierzętom nie przeszkadzać. W lesie zachowajmy spokój i ciszę. Nie odwiedzajmy zimą piwnic, wież i jaskiń, w których zimują nietoperze. Wprawdzie te co jakiś czas budzą się, ale tylko po to, by napić się lub zmienić miejsce. Zostawmy w spokoju sterty suchych liści w ogrodzie. Nie niepokójmy zwierząt światłem, nie fotografujmy ich.
