Dołącz do czytelników
Brak wyników

Temat numeru

28 czerwca 2018

NR 25 (Styczeń 2018)

Czy możemy przespać zimę?

0 56

Cała kula ziemska jest zasiedlona przez organizmy żywe. Jednak w wielu miejscach warunki do życia są mało przyjazne.

Istnieją siedliska, gdzie temperatura osiąga nawet kilkaset stopni Celsjusza, w innych zaś spada kilkadziesiąt stopni poniżej zera. Są też miejsca niezwykle zasolone czy też całkowicie suche lub pozbawione tlenu. Pomimo skrajności praktycznie wszędzie tam znajdziemy życie. Jednak te najbardziej ekstremalne miejsca zamieszkują najczęściej tylko pierwotniaki lub bakterie i archeony. Jednak czasami nawet zwierzęta możemy spotkać w zaskakujących miejscach. Spowodowane jest to faktem ograniczonej pojemności siedlisk na terenach, gdzie warunki są bardziej przyjazne. Część osobników zwyczajnie musiała przeżyć na terenach o gorszej jakości i się do nich przystosować. W wyniku adaptacji nabywanych przez miliony lat ewolucji niektóre zwierzęta przystosowały się do życia w naprawdę trudnych warunkach. Jednym z takich przystosowań jest zdolność do ograniczania, przynajmniej na pewien czas, funkcji życiowych i przechodzenie w stan uśpienia. 

Uśpienie może przybierać różne formy. Może być krótkotrwałe, np. trwa­jące tylko część dnia, lub długie, nawet wielomiesięczne. Niektóre zwierzęta zapadają w sen, aby przeczekać wysokie temperatury, a inne, żeby przespać temperatury niskie. W tym pierwszym przypadku stan odrętwienia nazywamy estywacją, a w drugim hibernacją. Hibernacja jest fizjologicznym stanem, w który przechodzi organizm, gdy temperatura otoczenia utrzymuje się przez pewien czas poniżej temperatury progowej, zazwyczaj poniżej 0˚C. Następuje wtedy aktywacja specyficznych receptorów w mózgu, a następnie uaktywnienie się grup genów odpowiedzialnych za regulację procesu hibernacji. Dochodzi do wyłączenia termoregulacji organizmu,  skutkującego obniżeniem temperatury ciała i spowolnieniem procesów życiowych. Najlepiej jest ono widoczne na przykładzie pracy serca, którego częstotliwość skurczy spada u niektórych zwierząt z kilkuset do zaledwie kilku na minutę. Podobne zwolnienie jest widoczne w oddechu, który staje się ­również ­bardzo płytki, a czasami dochodzi nawet do bezdechu. Naczynia krwionośne obkurczają się, przez co przepływ krwi jest dodatkowo zminimalizowany. Skutkuje to znacznym zmniejszeniem zużycia tlenu. Dokładniejsze obrazowanie medyczne pokazało, że znaczące zmiany zachodzą także w innych organach ciała, nawet w centrum dowodzenia organizmu – mózgu. W jednym z badań zaobserwowano, że neurony hibernującego zwierzęcia skurczyły się, a liczba połączeń między nimi spadła aż o 60%. Temperatura ciała hibernujących zwierząt najczęściej wynosi kilka stopni powyżej zera. U ssaków jest to zazwyczaj około 5˚C, choć np. susły antarktyczne przemarzają całkowicie i osiągają tylko 2,9˚C! Temperatura ciała poniżej zera, choć u ssaków jest bardzo rzadka, to u innych grup zwierząt występuje częściej. Całkowicie przemarza wiele bezkręgowców, niektóre płazy, gady, a także ryby. Wykształciły one specjalne mechanizmy zabezpieczające je przed krystalizacją wody w komórkach i tkankach, która mogłaby zniszczyć ich delikatne struktury. Najczęściej opierają się one na zwiększeniu stężenia alkoholi (głównie glicerolu) bądź cukrów (np. glukozy lub trehalozy). Substancje te obniżają temperaturę tworzenia się kryształków lodu. Organizmy mogą także wytwarzać w tym celu specjalne białka, np. histerazę termiczną. Oczywiście pomimo tak drastycznego ograniczenia funkcji życiowych organizm wciąż musi zużywać pewne ilości energii, aby zachować stan czuwania i gotowość do wybudzenia w przypadku zmiany warunków termicznych. Energia ta pochodzi ze spalania tłuszczu zgromadzonego u ssaków w tkance tłuszczowej brunatnej, a u owadów w tzw. ciele tłuszczowym. Spalanie tkanki tłuszczowej brunatnej umożliwia także ogrzewanie organizmu i utrzymywanie jego temperatury na stałym poziomie.

Oczywiście zmiany zachodzące w fizjologii i anatomii hibernującego organizmu są bardzo różne u różnych zwierząt. U jednych są bardzo drastyczne i po wybudzeniu zwierzę potrzebuje wielu dni, a nawet tygodni, aby wrócić do wcześniejszej formy, a u innych są bardziej subtelne i zwierzę po obudzeniu się regeneruje się bardzo szybko. Do tej drugiej grupy należą zwłaszcza owady – niektóre ich gatunki są w stanie nawet rozmnażać się zaraz po wiosennym przebudzeniu. Te różnice w hibernacji różnych grup zwierząt skłoniły naukowców do wydzielenia różnych odmian tego procesu. I tak można mówić o hibernacji, śnie zimowym, letargu czy diapauzie. Jednak różnice pomiędzy tymi rodzajami spoczynku są często nieostre i nawet wśród naukowców nie ma jednomyślności. Dlatego w niniejszym artykule będziemy zbiorczo używać terminów hibernacja i sen zimowy na określenie zahamowanej aktywności organizmu w trakcie zimnych okresów.

Warto hibernować

Nie wszystkie gatunki zamieszkujące rejony o niskich temperaturach zapadają w sen zimowy. Dzieje się tak z kilku powodów. Po pierwsze zdolność do ­hibernacji jest jedną z możliwych adap­tacji ewolucyjnych jako odpowiedź na niekorzystne warunki środowiskowe. U wielu gatunków jednak nie wyewoluowała, a na drodze doboru naturalnego wykształciły one inne mechanizmy pozwalające im przetrwać. Mogą to być np.: robienie zapasów pożywienia na zimę, sezonowa zmiana diety na wegetariańską czy też – jak to najczęściej czynią ptaki – migracja w rejony cieplejsze i obfitujące w pokarm. Zdolność do hibernacji wykształciła się jednak niezależnie u wielu grup organizmów. To co je łączy to fakt, że zazwyczaj są to gatunki niewielkich rozmiarów. Jest to związane z tym, że mniejszy organizm szybciej ulega wychłodzeniu, a utrzymanie jego stałej temperatury wymaga wydatkowania relatywnie wyższych porcji energii niż w przypadku organizmów o dużych rozmiarach ciała. Oczywiście jak zwykle w biologii także tutaj są liczne wyjątki. Koronnym przykładem jest niedźwiedź brunatny – osiągający masę ponad 200 kg – drapieżnik przesypiający całą zimę.

Wyniki badań nad różnymi hibernującymi zwierzętami wskazują, że sen zimowy jest nie tylko konieczny, aby przetrwać chłodne okresy, ale także by zapewnić poprawne funkcjonowanie organizmu w ciepłym sezonie. Niektóre gatunki owadów, gdy nie hibernują,...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy