Медвежья спячка заинтересовала ученых

Каждую зиму черный медведь, или барибал, погружается в спячку на пять-семь месяцев, чтобы весной в отличной физической форме вернуться к активной жизни. Ученые исследовали, какие процессы происходят в организме медведя во время гибернации (спячки), и считают, что полученные данные могут быть использованы в медицине и при разработке способов введения в анабиоз людей в длительных космических путешествиях. Исследования финансирует Пентагон.

Чему нас могут научить медведи

Общеизвестно, что в спячку впадают не только медведи, но и другие млекопитающие, например, суслики. Однако только медведи во время гибернации способны поддерживать достаточно высокую температуру тела. Поэтому с практической точки зрения спячка медведей намного более интересна и хорошо изучена.

Общая картина такова. Перед наступлением холодного сезона медведи забираются в убежище: пещеру, берлогу, где температура никогда не опускается ниже нуля, даже если снаружи стоят сильные морозы. Во время гибернации у них резко понижается температура тела, примерно до 18, редко до 12 градусов Цельсия, при этом метаболизм снижается наполовину на каждые десять градусов понижения температуры. Однако у черного медведя барибала (Ursus americanus) спячка протекает с особенностями, заявили ученые из Института арктической биологии Университета Аляски.

"Метаболизм у черного медведя замедляется на 75 процентов, однако при этом температура тела снижается в среднем всего лишь на пять-шесть градусов", — сказал журналу Science Ойвинд Тойен.

Команда биологов изучала пять черных медведей, которые были пойманы в разных местах на Аляске вблизи населенных пунктов. Этот абсолютно всеядный зверь часто устраивает ревизии мусорных баков и грабительские набеги на стоянки туристов. Отловленных животных поместили в искусственные берлоги с соломенной подстилкой, где они проспали пять месяцев.

За это время с помощью имплантированных в тело животных радиодатчиков измерялись температура тела, частота сердечных сокращений и мышечная активность. В логовах были установлены также инфракрасные камеры и приборы измерения уровня кислорода и углекислого газа.

"Мы знали, что медведи понижают температуру своего тела во время спячки, но обнаружили, что барибалы регулируют свою температуру циклично и эти периоды составляют обычно от 1,6 до 7,3 дня", — сказал Тойен.

Он пояснил, что в начале цикла средняя температура тела снижается с 36-37 до 30 градусов Цельсия. При достижении низшей температурной точки медведи начинают мерзнуть, что заметно даже визуально. Их мышцы дрожат, и температура поднимается до 36 градусов. После этого дрожь останавливается, датчики фиксируют медленное падение температуры, так начинается новый цикл. Эти температурные колебания сопровождаются нарушением ритма сердцебиения и дыхания. С 55 ударов в минуту во время бодрствования и периода "реанимации" ритм сердцебиения падал до 9-14 ударов в период оцепенения. Кроме этого глобального колебания наблюдалось и местное. Пульс учащался при вдохе и падал при выдохе. Это явление в медицине называется синусовой аритмией.

За месяцы спячки подопытные медведи не мочились и не испражнялись. Один или два раза в день они ворочались, меняя позу. После выхода из гибернации обмен веществ в организме восстановился не сразу, прошло около трех недель, прежде чем метаболические процессы пришли в норму. Однако у медведей не была зарегистрирована потеря мышечной массы, костной ткани, и они быстро обрели прекрасные физические кондиции.

Американские исследователи утверждают, что особенности метаболизма барибалов могут быть использованы в медицине. Проект частично финансирует Пентагон, поэтому он имеет выраженное практическое значение.

"Если бы мы могли обнаружить молекулярную и генетическую базу этой защиты, появилась бы возможность развивать новые методы лечения для предотвращения остеопороза, атрофии мышц и даже погружения людей с тяжелыми травмами в анабиоз до оказания им медицинской помощи", — сказал руководитель проекта Брайан Барнс.

Молекулярные процессы еще изучаются

Что касается молекулярных процессов, приводящих к снижению метаболизма, то они не совсем ясны. Так, в комментарии к исследованию немецкий ученый Герхард Хелдмайер из Филипс-Университета Марбурга пишет, что "снижение обмена веществ вызвано уменьшением содержания аденозин-3-трифосфата (или АТФ), молекулярного соединения, которое участвует в передаче энергии в клетках. Но механизмы этой передачи пока неизвестны".

Группа из Университета Аляски также не исключает применение свойств гибернации черных медведей в космонавтике. Идея о введении космонавтов в состояние анабиоза или меньшего метаболизма не нова, но физиологически данный процесс у этого вида медведей больше подошел бы человеку, поскольку не приводит к запредельному понижению температуры тела. Исследование опубликовано в журнале Science 18 февраля.

Самое интересное, что несмотря на всю важность и оригинальность данного исследования биологи из Аляскинского университета, что называется, "открыли Америку". Дело в том, что подобные исследования уже проводились в нашей стране в 70-х годах прошлого века. Замечательный зоолог и натуралист Валентин Сергеевич Пажетнов, работавший в Центральнолесном заповеднике (Тверская область), изучил весь процесс залегания и выхода бурого медведя (Ursus arctos) из спячки до мельчайших подробностей. Так что, если бы американские зоологи знали русский язык, то, возможно, не изобретали бы велосипед во второй раз.

Любопытно, что данные исследования Пажетнов провел абсолютно случайно. Его попросили заняться "воспитанием" двух медвежат-сирот, которых бросила их мать. Во время исследования он должен был детально изучить поведение хищников в естественной среде. Поэтому когда зимой медвежата залегли в спячку (кстати, самостоятельно сделав себе берлогу, их этому никто не учил), зоолог продолжил свои наблюдения. Именно он впервые документально зафиксировал все процессы, сопровождающие вход в саму спячку и выход из нее.

Благодаря работе Пажетнова подтвердилась гипотеза о том, что сон у бурых медведей не является глубоким. этот зверь может периодически просыпаться и выходить наружу. В случае опасности медведь легко меняет место своей спячки (обычно он делает осенью несколько берлог). Поэтому расхожее суеверие, говорящее о том, что разбуженный медведь не сможет заснуть снова и сделается шатуном, не имеет под собой никакой реальной основы.

Валентину Сергеевичу удалось установить, что за время спячки топтыгин никогда не расходует полностью свой жировой запас. Интересно, что остатки "зимнего питания" помогают этому хищнику прожить две-три недели после выхода из спячки, при этом не питаясь особенно активно ("приемыши" Пажетнова все это время ели лишь еловую хвою и отказывались от всех лакомств). Зоологу удалось даже раскрыть секрет столь странной весенней диеты — оказывается, за время спячки в желудке зверя падает уровень кислотности и деятельность многих пищеварительных ферментов оказывается заблокированной (поэтому-то медведь зимой не то что не хочет, а просто физически не может есть). Хвоя же — замечательный источник кислоты. Поев ее, косолапый активизирует свое пищеварение.

Кроме того, Пажетнов решительно опроверг утверждение о том, что будто бы медвель во время спячки постоянно сосет свою лапу. Ничего подобного не происходит, хотя периодически хищник облизывает поверхности своих конечностей, поскольку кожа на них подсыхает и медведь испытывает сильный зуд. Видимо, именно это и делает его зимний сон неглубоким и прерывистым.

Все свои исследования Валентин Сергеевич проводил без какой-либо финансовой поддержки со стороны Пентагона или Министерства обороны СССР. Однако ему удалось изучить процессы, происходящие в медвежьем организме во время спячки, более детально, чем это смогли сделать американские зоологи. Тем не менее, к сожалению, в научном мире результаты его работы до сих пор не особенно известны…