Спячка, оцепенение и гибернация

Как животные выживают в условиях холода, жары или нехватки пищи, переходя в регулируемые состояния пониженного метаболизма, от нескольких часов ежедневного оцепенения до месяцев зимней спячки.

Definition

Покой (дормантность) — это общее состояние приостановленной или значительно сниженной активности и метаболизма, при котором оцепенение является кратковременным эпизодом, а гибернация — продолжительной, сезонной версией, все они включают регулируемое снижение скорости метаболизма и обычно температуры тела для сохранения энергии в неблагоприятных условиях.

Scope

Эта тема охватывает физиологию метаболической депрессии: ежедневное оцепенение, сезонную гибернацию, эстивацию и диапаузу; снижение температуры тела и скорости метаболизма в этих состояниях; контролируемое вхождение, поддержание и пробуждение; а также связанные с этим экономию энергии и физиологические проблемы. В ней рассматривается, как эти состояния расширяют толерантность животного к суровым или бедным ресурсами условиям. Обзор является сравнительным и механистическим.

Core questions

• Почему животные впадают в оцепенение или спячку, а не остаются активными?
• Насколько сильно снижаются температура тела и скорость метаболизма в этих состояниях?
• Как гибернирующие животные выживают в условиях длительного холода и периодически согреваются?
• Чем отличаются состояния покоя в суточном, сезонном и онтогенетическом масштабах?

Key theories

Регулируемая метаболическая депрессия

Оцепенение и гибернация — это активно контролируемые снижения скорости метаболизма, часто значительно ниже того, что могло бы быть вызвано только пониженной температурой тела, что позволяет значительно экономить энергию, при этом животное сохраняет способность пробуждаться до нормального функционирования.

Энергетический бюджет как основа покоя

Животные переходят в состояния покоя, когда энергетические затраты на поддержание активности и тепла превышают доступные ресурсы, так что снижение метаболизма сохраняет накопленную энергию и воду до возвращения благоприятных условий.

Mechanisms

В состоянии оцепенения и гибернации эндотерм снижает свою терморегуляторную заданную точку и позволяет температуре тела падать до температуры окружающей среды, в то время как скорость метаболизма снижается до небольшой доли от нормальной, часто больше, чем можно было бы объяснить только температурой, поскольку метаболизм активно подавляется. Ежедневное оцепенение длится несколько часов и используется мелкими птицами и млекопитающими для выживания в холодные ночи или во время голодания; сезонная гибернация длится от недель до месяцев, прерываясь периодическими спонтанными пробуждениями, во время которых животное согревается, используя накопленный жир и термогенез бурой жировой ткани. Эстивация — это сопоставимая реакция на жару и засуху, а диапауза — это запрограммированная остановка развития у насекомых и других животных. На протяжении всего этого животное должно защищать клетки от холода, управлять кислотно-щелочным и ионным балансом при низкой температуре и сохранять способность к пробуждению, что делает эти состояния строго контролируемой формой метаболической депрессии, а не простым охлаждением.

Clinical relevance

Физиология гибернации и метаболической депрессии изучается для получения представлений о защите тканей при низкой температуре и сниженном кровотоке, а также о регуляции метаболизма. Эта статья является образовательным справочным материалом и не предоставляет медицинских рекомендаций.

History

Сравнительные физиологи, включая Бартоломью и Пенгелли, задокументировали закономерности оцепенения и ритмичные пробуждения при гибернации, а исследования бурой жировой ткани показали, как гибернирующие животные согреваются, установив покой как регулируемое и обратимое состояние сниженного метаболизма, а не просто пассивное охлаждение.

Key figures

• Charles Richard Taylor
• Knut Schmidt-Nielsen
• George Bartholomew
• Eric Pengelley

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Является ли спячка просто глубоким сном?

Нет. Спячка — это контролируемое снижение скорости метаболизма и температуры тела, значительно превосходящее сон, и гибернирующие животные периодически согреваются; это отдельное физиологическое состояние, направленное на экономию энергии.

В чем разница между оцепенением и спячкой?

Оцепенение — это кратковременный приступ сниженного метаболизма, длящийся несколько часов, часто используемый в течение ночи, в то время как спячка — это продолжительная, сезонная форма оцепенения, длящаяся от недель до месяцев с периодическими пробуждениями.