Пламенный насос. Естественная история сердца

Как мы уже видели, низкая температура окружающей среды (она же температура воздуха в непосредственном окружении) может стать значительным препятствием для выживания, и это привело к особенно заметным эволюционным компромиссам. Некоторые виды сезонно мигрируют на огромные расстояния в теплые края, другие в качестве изоляции от холода развили толстый мех. Третьи, такие как ледяные рыбы и древесные лягушки, сформировали экстремальные реакции на холодные условия. Однако гораздо чаще животные, подверженные зимним изменениям, впадают в состояние торпора или спячки, которые создают серьезные задачи для сердца и кровеносной системы позвоночных.

Торпор[68] – явление, которое можно назвать спячкой-лайт, возникает, когда происходит контролируемое и выраженное снижение скорости метаболизма, то есть скорости расхода энергии организмом. Приступы торпора обычно длятся менее суток, в то время как спячку можно рассматривать как многодневное состояние торпора, прерываемое периодическими пробуждениями.

Долгое время ученые считали, что торпор – это приспособление млекопитающих, но недавние исследования указывают на нечто совершенно иное. Я поговорил с Мирандой Данбар, адъюнкт-профессором биологии в Университете Южного Коннектикута, чьи исследования сосредоточены на зимней спячке летучих мышей. Она объяснила, что многие эксперты теперь рассматривают торпор млекопитающих как пережиток более ранней эволюционной особенности.

Млекопитающие – эндотермы, они способны создавать и поддерживать собственную температуру тела, и эта особенность позвоночных сформировалась в ходе эволюции относительно поздно. Еще примерно четверть миллиарда лет назад большинство, если не все, позвоночные были эктотермами – состояние, при котором регулирование температуры тела зависит от внешних источников. Подобно современным рыбам, амфибиям и рептилиям, эти эктотермы справлялись с низкими температурами окружающей среды, располагая свои тела таким образом, чтобы максимально увеличить количество тепла, которое они могут получить от окружающей среды. Любой, кто видел черепаху, греющуюся на солнце на скале, видел эктотерма в действии. То же самое можно представить в отношении продрогшего хамелеона или охлажденной кобры.

Когда некоторые рептилии начали эволюционировать в млекопитающих, у них сохранились такие черты, как торпор и гетеротермия (способность регулировать температуру тела в соответствии с температурой окружающей среды). Хотя эндотермы меньше подвержены влиянию температуры окружающей среды, чем их эктотермические родственники, им требуется много энергии для обеспечения метаболических процессов и поддержания стабильной температуры тела. Когда наступает зима и температура воздуха падает, потребность в энергии только возрастает, а пищи становится недостаточно.

– Таким образом, – сказала мне Данбар, – зимой, когда животным практически негде добыть энергию, они впадают в оцепенение, которое может продлиться весь сезон – зимнюю спячку.

Я полюбопытствовал, каким образом могла возникнуть зимняя спячка у летучих мышей, учитывая, что их предки, судя по всему, эволюционировали в тропиках.

– Кажется нелогичным, – говорит Данбар, – думать, будто летучие мыши будут использовать спячку и торпор в тропиках, но они имеют такое приспособление.

Она объяснила, что в очень жарком климате мелкие млекопитающие, такие как летучие мыши, развили способность отключать химические реакции, которые обычно помогают им поддерживать стабильную температуру тела. Поскольку окружающая среда обеспечивает источник нагрева, им не нужно тратить энергию питательных веществ, чтобы оставаться в тепле. Это замедление метаболических процессов на самом деле похоже на то, что происходит, когда летучие мыши впадают в торпор в более холодном климате. Предположительно, когда они вышли из тропиков, эволюция просто изменила эти способности, чтобы справиться с другим температурным экстремумом.

Хотя летучие мыши славятся тем, что впадают в спячку в термически стабильных местах, таких как пещеры и шахты, многие из них могут обойтись практически любым местом.

– Мы видели, как они остаются в спячке под рыхлой корой деревьев и в дуплах, в искусственных сооружениях и даже на земле, под опавшими листьями, – сказала мне Данбар. – Но, вероятно, самый странный пример – летучие мыши Японии, которые зимуют в снегу.

В недавней статье, посвященной уссурийскому трубконосу (Murina ussuriensis), исследователи отметили, что зимующих под снегом мышей обычно находят только после начала зимней оттепели³⁹. В 21 из 22 случаев они были обнаружены в одиночестве в небольших конусообразных углублениях тающего снега. Летучие мыши свернулись в сферу или полусферу, такие позы оптимальны для сохранения тепла. Если исследователи Хирофуми Хиракава и Ю Нагасака правы в своих выводах, это всего лишь второй зарегистрированный случай спячки млекопитающего в снегу. Первый случай – это белые медведи (Ursus maritimus), хотя вопрос о том, действительно ли они впадают в спячку, остается открытым.