Зима. Секреты выживания растений и животных в самое суровое время года

Арктический суслик довольно сильно рискует, поскольку в его крови нет «антифриза» и та, по-видимому, переохлаждается на целых 1–2 °C. Один-единственный кристаллик льда в жидкости принесет верную смерть. Почему животные идут на это? Почему не удерживают температуру тела на 1–2 °C выше, ведь это позволило бы избежать переохлаждения и обезопасить себя от участи погибнуть, обратившись в лед? Барнс считает, что здесь риски перевешивает выгода, связанная с экономией энергии: переохлаждение до –2 °C позволяет животному сэкономить в десять раз больше энергии, чем оно потратило бы на поддержание температуры тела на уровне 0 °C (Barnes, 1989). У суслика также есть механизм, который позволяет снизить связанный с переохлаждением риск. Обычно замерзать животное начинает с самой холодной точки, например пальчика. Барнс создавал ядра кристаллизации (инициировал процесс заморозки) в пальцах суслика и обнаружил, что в этом случае животное получает сигнал тревоги и разогревается быстрее, чем лед может распространиться по телу.

Другое замечательное открытие Барнса состояло в том, что суслик может спонтанно пробудиться и периодически это делает, разогреваясь с температуры ниже 0 °C до самых 37 °C, характерных для него в активный период. Многие другие животные способны пережить охлаждение до 0 °C и ниже, но ни одно из них после этого не может спонтанно пробудиться, пока его искусственно не разогреют при гораздо более высокой температуре воздуха (и до более высокой температуры тела), так чтобы стала возможна реакция дрожи.

Низкую температуру тела арктического суслика можно объяснить экономией энергии, но при этом животное не скупясь тратит ее, согреваясь с отрицательных температур до 37 °C около дюжины раз на протяжении всего

периода зимней спячки, что никак не согласуется со стратегией энергосбережения как такового. При каждом пробуждении суслики проводили около одного дня полностью разогретыми, и еще день им был нужен, чтобы снова охладиться. По подсчетам, на периодические разогревы за весь период спячки они тратили около половины накопленных летом запасов жира. Зачем это нужно? Ранее ученые показали, что такое поведение характерно не только для арктического суслика. На самом деле каждое зимоспящее млекопитающее в период зимнего оцепенения неизбежно вынуждено периодически возвращаться к нормальной температуре тела[24]. И это тем более любопытно, учитывая, что разогреваться на денек или около того с энергетической точки зрения очень затратно. Животные должны получать взамен что-то очень ценное. Тут пришло время для четвертого замечательного открытия Барнса и его коллег. Хотя это еще не доказано, их гипотеза состоит в том, что животные разогреваются, чтобы

поспать!

В начале 1950-х годов ученые выделили два типа сна. Один – это «быстрый» сон (сон БДГ, или REM, от rapid eye movement – «быстрые движения глаз»), который связан со сновидениями и также называется «глубоким». Другой тип называют фазой медленного сна, «неглубоким», или «обычным», сном. У людей эти два типа сна изучали, измеряя электрические волны на поверхности черепа. Электрическую активность мозга отмечают на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) вдоль оси времени. Наиболее изучены с помощью ЭЭГ ритмы головного мозга человека, обезьяны и кошки. У них наблюдаются переходы между очень разными картинами волн в состоянии бодрствования и четырех условных фазах, которые предположительно отражают глубину сна. При этом в состоянии бодрствования амплитуда напряжения очень низкая, в то время как частота высокая (8–13 колебаний в секунду), а для фазы глубокого сна характерны волны с высокой амплитудой и низкой частотой. Если понаблюдать картину ЭЭГ во время сна в течение ночи, окажется, что в ней периодически снова возникают волны с низкой амплитудой, похожие на те, что наблюдаются в период бодрствования. Именно в течение этих периодов возникают быстрые движения глаз, а также нередко учащается сердцебиение, меняется рисунок дыхания, и сокращаются мышцы. В это время животное видит сон.

В процессе спячки у животных не наблюдается картина ЭЭГ, характерная для сна. Когда температура тела падает и животное входит в оцепенение, электрическая активность мозга постепенно снижается и в конце концов сходит на нет, как будто животное мертво. Однако, несмотря на отсутствие спонтанной активности в мозге (Lyman and Chatfield, 1953), животное должно быть способно порождать хотя бы какую-то электрическую активность в нервной системе, иначе оно не сможет проснуться.