оцепенение
Часть серии о |
животных Покой |
---|
Оцепенение — состояние пониженной физиологической активности животного, обычно характеризующееся снижением температуры тела и скорости обмена веществ . Оцепенение позволяет животным пережить периоды недостатка пищи. [ 1 ] Термин «оцепенение» может относиться к времени, которое человек, находящийся в спячке, проводит при низкой температуре тела, продолжительностью от нескольких дней до недель, или к периоду низкой температуры тела и метаболизма, продолжающемуся менее 24 часов, как, например, «ежедневное оцепенение».
К животным, которые ежедневно подвергаются оцепенению, относятся птицы (даже крошечные колибри , особенно Cypselomorphae ). [ 2 ] [ 3 ] и некоторые млекопитающие, в том числе многие сумчатых , виды [ 4 ] [ 5 ] виды грызунов (например, мыши ) и летучие мыши . [ 6 ] В течение активной части дня такие животные поддерживают нормальную температуру тела и уровень активности, но скорость их метаболизма и температура тела падают в течение части дня (обычно ночью) для сохранения энергии. [ нужна ссылка ]
Некоторые животные сезонно впадают в длительные периоды бездействия со снижением температуры тела и обмена веществ, состоящие из нескольких приступов оцепенения. Это известно как спячка , если она происходит зимой, или зимняя спячка , если она происходит летом. С другой стороны, дневное оцепенение не зависит от сезона и может быть важной частью энергосбережения в любое время года. [ 7 ]
Торпор — это хорошо контролируемый процесс терморегуляции , а не результат выключения терморегуляции, как считалось ранее. [ 8 ] Сумчатое оцепенение отличается от оцепенения несумчатых млекопитающих ( эутерийского ) характеристиками возбуждения. производящей тепло, В основе эйтерианского возбуждения лежит использование бурой жировой ткани, как механизма ускорения согревания. Механизм возбуждения сумчатых неизвестен, но, по-видимому, он не зависит от бурой жировой ткани. [ 9 ]
Эволюция
[ редактировать ]Эволюция оцепенения, вероятно, сопровождала развитие гомеотермии . [ 10 ] Животные, способные поддерживать температуру тела выше температуры окружающей среды, когда другие представители этого вида не имеют преимущества в физической подготовке. Преимущества поддержания внутренней температуры включают увеличение времени кормления и меньшую восприимчивость к резким перепадам температуры. [ 10 ] Такая адаптация повышения температуры тела к корму наблюдалась у мелких ночных млекопитающих, когда они впервые просыпались вечером. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
Хотя гомеотермия дает такие преимущества, как повышение уровня активности, мелкие млекопитающие и птицы, поддерживающие внутреннюю температуру тела, тратят до 100 раз больше энергии при низких температурах окружающей среды по сравнению с экзотермическими животными. [ 14 ] Чтобы справиться с этой проблемой, эти животные поддерживают гораздо более низкую температуру тела, чуть превышающую температуру окружающей среды, а не нормальную рабочую температуру. Такое снижение температуры тела и скорости обмена веществ позволяет продлить выживание животных, способных впадать в торпидное состояние.
В 2020 году ученые сообщили о свидетельствах оцепенения листрозавра, жившего примерно 250 млн лет назад в Антарктиде, — старейшего свидетельства состояния, подобного спячке, у позвоночных животных. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
Функции
[ редактировать ]Замедление скорости метаболизма для сохранения энергии в периоды нехватки ресурсов является основной целью оцепенения. [ 18 ] Этот вывод во многом основан на лабораторных исследованиях, в которых наблюдалось, что оцепенение возникает после лишения пищи. [ 19 ] Есть доказательства других адаптивных функций оцепенения, когда животных наблюдают в естественных условиях:
Циркадный ритм во время торпора
[ редактировать ]Животные, которые могут впадать в торпор, полагаются на биологические ритмы, такие как циркадные и окологодовые ритмы, для продолжения естественных функций. Разные животные управляют своим циркадным ритмом по-разному, а у некоторых видов он полностью прекращается (например, у европейских хомяков ). Другие организмы, такие как черный медведь , впадают в спячку и переключаются на многодневные циклы, а не полагаются на циркадный ритм. Однако видно, что и пленные, и дикие медведи демонстрируют схожие циркадные ритмы при впадении в спячку. Медведи, входящие в спячку в искусственной берлоге без света, демонстрировали нормальный, но слабо функционирующий ритм. То же самое наблюдалось и у диких медведей, обитающих в природных зонах. Функция циркадных ритмов у черных, бурых и белых медведей позволяет предположить, что их система оцепенения эволюционно развита. [ 20 ]
Сохранение энергии у мелких птиц
[ редактировать ]Было показано, что оцепенение является стратегией мелких перелетных птиц, направленной на сохранение запасов энергии в организме . [ 21 ] [ 22 ] Было замечено, что колибри, отдыхавшие ночью во время миграции, впадали в оцепенение, что помогало сохранять запасы жира во время миграции или холодных ночей на большой высоте. [ 19 ] [ 21 ] [ 22 ]
Эта стратегия использования оцепенения для сохранения запасов энергии, например жира, также наблюдалась у зимующих синиц. [ 23 ] Черношапочные синицы , обитающие в умеренных лесах Северной Америки, зимой не мигрируют на юг. Синица может поддерживать температуру тела на 12 °C ниже нормальной. Такое снижение метаболизма позволяет сохранить 30% жировых запасов, накопленных за предыдущий день. [ 23 ]
Преимущество в средах с непредсказуемыми источниками пищи
[ редактировать ]Оцепенение может быть стратегией животных с непредсказуемыми запасами пищи. [ 24 ] Например, живущие в высоких широтах грызуны используют оцепенение сезонно, когда не размножаются. Эти грызуны используют оцепенение как средство пережить зиму и выжить для размножения в следующем цикле воспроизводства, когда источников пищи много, что отделяет периоды оцепенения от периода размножения. Восточная ушастая летучая мышь зимой впадает в оцепенение, а в теплые периоды способна просыпаться и добывать пищу. [ 25 ] Некоторые животные впадают в оцепенение во время репродуктивного цикла, что наблюдается в непредсказуемых средах обитания. [ 24 ] Они несут издержки длительного периода воспроизводства, но наградой является выживание, чтобы иметь возможность воспроизводиться вообще. [ 24 ]
Выживание во время массовых вымираний
[ редактировать ]Предполагается, что такое ежедневное использование оцепенения могло позволить выжить в условиях массового вымирания . [ 26 ] Гетеротермные животные составляют только четыре из 61 млекопитающего, вымершего за последние 500 лет. [ 26 ] Торпор позволяет животным снизить потребность в энергии, что позволяет им лучше выживать в суровых условиях.
Межвидовая конкуренция
[ редактировать ]Межвидовая конкуренция возникает, когда двум видам требуется один и тот же ресурс для производства энергии. [ 27 ] Торпор повышает приспособленность в случае межвидовой конкуренции с ночной обыкновенной колючей мышью . [ 27 ] Когда у золотой колючей мыши снижается доступность пищи из-за совпадения рациона с обыкновенной колючей мышью, она проводит больше времени в спящем состоянии.
Устойчивость летучих мышей к паразитам
[ редактировать ]Было показано, что падение температуры из-за оцепенения снижает способность паразитов к размножению. [ 28 ] В зонах с умеренным климатом скорость размножения эктопаразитов у летучих мышей снижается, когда летучие мыши впадают в спячку. В регионах, где летучие мыши не впадают в оцепенение, паразиты поддерживают постоянную скорость размножения в течение всего года.
Вариант глубокого сна НАСА для миссии на Марс
[ редактировать ]В 2013 году SpaceWorks Engineering начала исследовать способ значительно сократить расходы на экспедицию человека на Марс, поместив экипаж в продолжительное состояние спячки на 90–180 дней. Путешествие в спящем режиме снизит метаболические функции астронавтов и сведет к минимуму требования к жизнеобеспечению во время многолетних миссий. [ 29 ]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Вуарин, Полина; Даммхан, Мелани; Каппелер, Питер М.; Анри, Пьер-Ив (сентябрь 2015 г.). «Когда начинать использование оцепенения? Наличие пищи ускоряет переход к зимнему фенотипу у тропических гетеротермных животных» (PDF) . Экология . 179 (1): 43–53. Бибкод : 2015Oecol.179...43В . дои : 10.1007/s00442-015-3328-0 . ПМИД 25953115 . S2CID 17050304 .
- ^ Хейнсворт, Франция; Вольф, LL (17 апреля 1970 г.). «Регуляция потребления кислорода и температуры тела во время оцепенения у колибри Eulampis jugularls». Наука . 168 (3929): 368–369. Бибкод : 1970Sci...168..368R . дои : 10.1126/science.168.3929.368 . ПМИД 5435893 . S2CID 30793291 .
- ^ «Колибри» . Центр перелетных птиц Смитсоновского национального зоологического парка. Архивировано из оригинала 14 февраля 2008 г.
- ^ Гейзер, Ф (1994). «Спячка и суточное оцепенение у сумчатых - обзор». Австралийский журнал зоологии . 42 (1): 1. дои : 10.1071/zo9940001 . S2CID 84914662 .
- ^ Стэннард, HJ; Фабиан, М.; Олд, Дж. М. (2015). «Гряться или не греться: поведенческая терморегуляция у двух видов дасюрид, Phascogale Calura и Antechinomys laniger ». Журнал термической биологии . 53 : 66–71. дои : 10.1016/j.jtherbio.2015.08.012 . ПМИД 26590457 .
- ^ Бартельс, В.; Право, бакалавр; Гейзер, Ф. (7 апреля 1998 г.). «Суточная оцепенение и энергетика тропического млекопитающего, северной цветущей летучей мыши Macroglossus minimus (Megachiroptera)». Журнал сравнительной физиологии B: Биохимическая, системная и физиология окружающей среды . 168 (3): 233–239. дои : 10.1007/s003600050141 . ПМИД 9591364 . S2CID 16870476 .
- ^ «Arc.Ask3.Ru, свободная энциклопедия» . www.википедия.орг . Проверено 22 марта 2024 г.
- ^ Гейзер, Фриц (март 2004 г.). «Скорость обмена веществ и снижение температуры тела во время спячки и ежедневного оцепенения». Ежегодный обзор физиологии . 66 (1): 239–274. doi : 10.1146/annurev.phyol.66.032102.115105 . ПМИД 14977403 . S2CID 22397415 .
- ^ Доусон, Ти Джей; Финч, Э.; Фридман, Л.; Хьюм, ID; Ренфри, Мэрилин; Темпл-Смит, доктор медицинских наук «Морфология и физиология метатерии» (PDF) . В Уолтоне, Д.В.; Ричардсон, Би Джей (ред.). Фауна Австралии - Том 1B Млекопитающие . ISBN 978-0-644-06056-1 .
- ^ Перейти обратно: а б Гейзер, Фриц; Ставски, Клэр; Вакер, Крис Б.; Новак, Юлия (2 ноября 2017 г.). «Феникс из пепла: огонь, оцепенение и эволюция эндотермии млекопитающих» . Границы в физиологии . 8 : 842. дои : 10.3389/fphys.2017.00842 . ПМЦ 5673639 . ПМИД 29163191 .
- ^ Ставски, Клэр; Гейзер, Фриц (январь 2010 г.). «Жир и сыт: частое использование летнего оцепенения у субтропической летучей мыши». Naturwissenschaften . 97 (1): 29–35. Бибкод : 2010NW.....97...29S . дои : 10.1007/s00114-009-0606-x . ПМИД 19756460 . S2CID 9499097 .
- ^ Варнеке, Лиза; Тернер, Джеймс М.; Гейзер, Фриц (29 ноября 2007 г.). «Оцепенение и нежимость в небольшой засушливой зоне сумчатых». естественные науки . 95 (1): 73–78. Бибкод : 2008NW.....95...73W . дои : 10.1007/s00114-007-0293-4 . ПМИД 17684718 . S2CID 21993888 .
- ^ Кёртнер, Герхард; Гейзер, Фриц (апрель 2009 г.). «Ключ к зимнему выживанию: ежедневное оцепенение небольшого сумчатого животного засушливой зоны». Naturwissenschaften . 96 (4): 525–530. Бибкод : 2009NW.....96..525K . дои : 10.1007/s00114-008-0492-7 . ПМИД 19082573 . S2CID 3093539 .
- ^ Варфоломей, Джордж А. (1982). «Энергетический обмен». В Гордоне, Малкольм С. (ред.). Физиология животных: принципы и адаптации . Макмиллан. стр. 46–93. ISBN 978-0-02-345320-5 .
- ^ «Ископаемые свидетельства состояния, подобного спячке, у антарктического животного возрастом 250 миллионов лет» . физ.орг . Проверено 7 сентября 2020 г.
- ^ «Окаменелости позволяют предположить, что животные находились в спячке на протяжении 250 миллионов лет» . УПИ . Проверено 7 сентября 2020 г.
- ^ Уитни, Меган Р.; Сидор, Кристиан А. (декабрь 2020 г.). «Свидетельства оцепенения в бивнях листозавра из раннего триаса Антарктиды» . Коммуникационная биология . 3 (1): 471. doi : 10.1038/s42003-020-01207-6 . ПМК 7453012 . ПМИД 32855434 .
- ^ Аллаби, Майкл (2014). Зоологический словарь . Издательство Оксфордского университета. п. 963. ИСБН 9780199684274 .
- ^ Перейти обратно: а б Карпентер, Ф. Линн; Хиксон, Марк А. (май 1988 г.). «Новая функция оцепенения: сохранение жира у дикой перелетной колибри». Кондор . 90 (2): 373–378. дои : 10.2307/1368565 . JSTOR 1368565 .
- ^ Янсен, Хайко Т.; Лейзе, Таня; Стенхаус, Гордон; Голубь, Карин; Касворм, Уэйн; Тейсберг, Джастин; Радандт, Томас; Даллманн, Роберт; Браун, Стивен; Роббинс, Чарльз Т. (декабрь 2016 г.). «Циркадные часы медведя не «спят» во время зимнего покоя» . Границы в зоологии . 13 (1): 42. дои : 10.1186/s12983-016-0173-x . ПМК 5026772 . ПМИД 27660641 . ПроКвест 1825614860 .
- ^ Перейти обратно: а б Вольф, Блэр О.; МакКечни, Эндрю Э.; Шмитт, К. Джонатан; Чензе, Зенон Дж.; Джонсон, Эндрю Б.; Витт, Кристофер К. (2020). «Чрезвычайное и переменное оцепенение среди высокогорных видов колибри Анд» . Письма по биологии . 16 (9): 20200428. doi : 10.1098/rsbl.2020.0428 . ISSN 1744-9561 . ПМЦ 7532710 . ПМИД 32898456 .
- ^ Перейти обратно: а б Гринвуд, Вероника (08 сентября 2020 г.). «Эти колибри очень любят дремать. Некоторые могут даже впадать в спячку» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 9 сентября 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Чаплин, Сьюзен Бадд (1974). «Суточная энергетика черношапочной синицы Parus atricapillus зимой». Журнал сравнительной физиологии . 89 (4): 321–330. дои : 10.1007/BF00695350 . S2CID 34190772 .
- ^ Перейти обратно: а б с Макаллан, Б.М.; Гейзер, Ф. (1 сентября 2014 г.). «Оцепенение во время размножения млекопитающих и птиц: решение энергетической загадки» . Интегративная и сравнительная биология . 54 (3): 516–532. дои : 10.1093/icb/icu093 . ПМИД 24973362 .
- ^ Ставски, Клэр; Тербилл, Кристофер; Гейзер, Фриц (май 2009 г.). «Спячка субтропической летучей мыши, живущей на свободном выгуле (Nyctophilus bifax)». Журнал сравнительной физиологии Б. 179 (4): 433–441. дои : 10.1007/s00360-008-0328-y . ПМИД 19112568 . S2CID 20283021 .
- ^ Перейти обратно: а б Гейзер, Фриц; Бригам, Р. Марк (2012). «Другие функции оцепенения». Жизнь в сезонном мире . стр. 109–121. дои : 10.1007/978-3-642-28678-0_10 . ISBN 978-3-642-28677-3 .
- ^ Перейти обратно: а б Леви, О.; Даян, Т.; Кронфельд-Шор, Н. (1 сентября 2011 г.). «Межвидовая конкуренция и оцепенение у золотых колючих мышей: две стороны медали получения энергии» . Интегративная и сравнительная биология . 51 (3): 441–448. дои : 10.1093/icb/icr071 . ПМИД 21719432 .
- ^ Лоренсо, София; Палмейрим, Хорхе Местре (декабрь 2008 г.). «Какие факторы регулируют размножение эктопаразитов пещерных летучих мышей умеренного пояса?». Паразитологические исследования . 104 (1): 127–134. дои : 10.1007/s00436-008-1170-6 . ПМИД 18779978 . S2CID 24822087 .
- ^ Холл, Лора (19 июля 2013 г.). «Перенос среды обитания для пребывания человека на Марс, вызывающий оцепенение» . НАСА . Проверено 20 марта 2018 г.