Tajemnice hibernacji niedźwiedzi
Jako ludzie staramy się uporządkować wiedzę wrzucając ją do odpowiednich szuflad – porządek musi być! Niegdyś definicja hibernacji zakładała drastyczne obniżenie temperatury ciała poniżej 10 st. C. Tak robią np. nietoperze czy świstaki. Niedźwiedzie jednak mają zupełnie inną strategią w której temperatura ciała spada zaledwie o kilka stopni z 37 st. C do 30-35 st. C w zależności od sytuacji.
Sprowokowało to naukę do rozróżnienia „prawdziwej hibernacji” od „letargu”. Jednak dzisiaj niedźwiedzie brunatne uważane są za prawdziwych hibernatorów, ponieważ pomimo, że ich temperatura aż tak drastycznie nie spada, to istotnie spowalniają swój metabolizm.
Za prawdziwych hibernatorów uważane są między innymi niedźwiedzie czarne (łac. Ursus americanus) oraz niedźwiedzie brunatne (łac. Ursus arctos) w tym podgatunek niedźwiedzia brunatnego, czyli grizli (łac. Ursus arctos horribilis). Zaś niedźwiedź polarny (łac. Ursus maritimus) zazwyczaj nie stosuje tej strategi przetrwania, a jedynym wyjątkiem są ciężarne samice.
Niedźwiedzie żyjące na wolności kierują się do swoich gawr na hibernację zazwyczaj, gdy zaczyna pojawiać się śnieg oraz temperatura spada poniżej 0 st. C. Jest to strategia biologiczna, która pozwala im przetrwać okres zmniejszonej ilości pożywienia.
Te które są stale dokarmiane jak np. w ZOO zazwyczaj nie hibernują, ale można ten proces wywołać poprzez ograniczenie pokarmu.
Wyobrażasz sobie „spać” przez 5 miesięcy bez wstawania na siku? Niekiedy ciężko wytrzymać 8 godzin :).
Proces hibernacji niedźwiedzi jest jednak niesamowicie ciekawy i biologicznie złożony. Niedźwiedzie przygotowują się do hibernacji przez kilka miesięcy. Pod koniec lata i na początku jesieni są prawdziwymi obżarciuchami mogącymi standardowo pochłonąć 20 000 kcal dziennie czyli 10x więcej niż człowiek. Pozwala to im zbudować ogromny zapas tłuszczu brunatnego. Jednak na kilka tygodni przed hibernacją zaczynają jeść mniej (stopniowy post), co oczyszcza organizm i przygotowuje do dłuższej przerwy.
W trakcie hibernacji spada temperatura ciała z 37 do 30-35 st. C oraz tętno z 50-75 do 15-25 uderzeń na minutę. Ogólna aktywność niedźwiedzia w gawrze jest minimalna.
Podczas hibernacji spalana jest w głównej mierze zgromadzona masa tłuszczowa. Na wiosnę wychodzi z gawry smuklejszy, ale nadal posiada większość masy mięśniowej oraz kostnej. Innymi słowy – przepala niemal sam tłuszcz oszczędzając resztę organizmu. Spalanie tłuszczu indukowane jest przez kortyzol (tzw. hormon stresu), którego stężenie zwiększa się nawet o 366% w porównaniu z okresem przed hibernacją.
Dla odróżnienia człowiek, który zapada w śpiączkę przepala zarówno tłuszcz jak i białka co po dłuższym leżeniu prowadzi do zaniku mięśni. Niedźwiedź jednak wstaje ze swojej gawry pełny sił i nie musi się uczyć chodzić od nowa.
W wyniku spalania tłuszczów powstaje tzw. woda metaboliczna. Inaczej rzecz ujmując woda jest niejako „uwięziona” pod chemiczną postacią w tłuszczu. W wyniku spalania tłuszczów powstaje energia + woda. Pozwala mu to zachować wystarczającą ilość wody. Dodatkowo podczas hibernacji nie wydala moczu…tylko go recyklinguje! Parowanie wody przez oddychanie też jest zminimalizowane, co ma związek ze spowolnieniem całego organizmu. Swoją drogą rozwiązuje to też problem nadmiernej ilości CO2 w gawrze, która mogłaby doprowadzić do uduszenia naszego przyjaciela.
Recykling moczu jest w procesie hibernacji kluczowy. Mocznik jest wynikiem spalania potrzebnych do życia białek. W trakcie hibernacji mocznik jednak nie jest wydalany, a przetwarzany z powrotem do białek – obieg zamknięty! Pozwala to zachować niedźwiedziom masę mięśniową.
Tak, jest to możliwe ale zdecydowanie nie należy przeszkadzać niedźwiedziom podczas hibernacji. Czasem się zdarzy że zdemaskowana gawra może zostać zaatakowana przez innego drapieżnika. Zewnętrzne czynniki mogą go zatem wybudzić.
Mniejsze zwierzęta jak nietoperze czy świstaki podczas hibernacji zmniejszają swoją temperaturę do 0-8 st. C. Niemal zamarzają na „kość”, a ich aktywność mózgu jest minimalna, co raczej wyklucza możliwość śnienia. W przypadku niedźwiedzi, ze względu na wyższą temperaturę jest to teoretycznie możliwe, ale w ograniczonym zakresie.
Dodam że mniejsi hibernatorzy działają trochę inaczej. Zamarzają na „kość”, a następnie w kilka godzin „odmarzają”. W ciałach mają swoisty termoregulator, który ich „włącza” i „wyłącza”. Niestety ma to swoje istotne wady. Drastyczne obniżenie temperatury prowadzi do uszkodzeń komórek, dlatego co jakiś czas muszą się wybudzać w celu podgrzania. Proces ten generuje ogromne straty energetyczne, dlatego nietoperze nie mogą „spać” przez 5 miesięcy z rzędu jak niedźwiedzie.
Małe niedźwiedzie rodzą się na przełomie stycznia i lutego, czyli w okresie gdy niedźwiedzie hibernują. Rodzi to zatem oczywiste pytanie, czy samica rodzi podczas hibernacji. Niestety świat byłby zbyt kolorowy.
Na czas porodu matka musi przerwać swój sen, żeby to „ogarnąć’. Chodź zazwyczaj nie wyłazi w środku zimy z gawry na żer, to jednak jej aktywność jest dużo większa. Dodatkowo musi wykarmić młode swoim mlekiem, co jest olbrzymim wysiłkiem i krytycznym momentem dla przedłużenia gatunku.
Hibernację indukują czynniki zewnętrzne (temperatura, pogoda), zaś przypuszcza się iż wybudzenie jest sygnałem wewnętrznym. Przyrównajmy to do ludzkiego „wiem, że jest 4 rano, ale wyżłopałeś 2 litry wody przed snem, więc musisz wstać, a jak nie to zaraz pokażę ci piękny mokry sen” :).
Niedźwiedzie w Polsce widywane są w Bieszczadach oraz Tatrach. Szacunki wskazują na zaledwie 120 osobników. Niegdyś wstępowały powszechnie, ale zostały wypchnięte przez człowieka poprzez polowania (ze strachu oraz na skóry) oraz ograniczanie naturalnych siedlisk (wycinki lasów pod grunty rolne).
To fakt. Istnieje zależność według której hibernacja zatraca sens w przypadku dużych zwierząt co ilustruje poniższa grafika. Im większa masa ciała tym mniejszy uzysk energetyczny z hibernacji.
Jeżeli porównać energię potrzebną wyłącznie na przeżycie z energią potrzebną w trakcie hibernacji to okazuje się, że już w przypadku niedźwiedzia o wadze 75 kg uzysk jest…zerowy! Tak wynika z danych.
Źródło: Roberto F. Nespolo i inni: Why bears hibernate? Redefining the scaling energetics of hibernation,
Jeżeli jednak porównamy energia potrzebną na standardowe potrzeby (chodzenie, żerowanie itd.) to ten punkt =0 jest przesunięty do 1500 kg.
Źródło: Roberto F. Nespolo i inni: Why bears hibernate? Redefining the scaling energetics of hibernation,
Jednak co do zasady niedźwiedzie oszczędzają poniżej 50% energii w trakcie hibernacji podczas gdy najmniejsze zwierzęta robią to o wiele efektywniej (97-99%).
Ludzka hibernacja jest aktualnie domeną science-fiction, chodź warto wskazać że organizacje takie jak EFSA oraz NASA, realnie rozważają taką możliwość. Hibernacja byłaby bowiem kluczowa w bardzo długich podróżach kosmicznych. Niestety aktualnie jest to technicznie niemożliwe. Być może jest w naszym kodzie genetycznym przepis na hibernację, która wystarczy nieco „pobudzić” ale wciąż niezbyt wiele wiemy na ten temat.
Obliczono że jeżeli zmniejszylibyśmy zużycie energii o 98-99% i spalali zaledwie 6g tłuszczu to na 90-letnią podróż potrzebowalibyśmy ponad 200kg masy tłuszczowej. Zatem najpierw trzeba byłoby się porządnie utuczyć albo podawać energię z zewnątrz.
Jak jednak już wskazywałem – przy ludzkiej wadze nie sposób oszczędzać 98-99%. Jest to zatem biologicznie naiwne założenie.
Więcej ciekawych informacji nt. przyrody znajdziesz w moim e-booka oraz wersji audio.
