Mai mult decât un pui de somn de iarnă

Snoozele anuale prelungite ale creaturilor au multe de spus despre biologia mamiferelor, inclusiv pe noi. Acum, oamenii de știință urmăresc pentru a vedea cum urșii își vor modifica obiceiurile pe măsură ce clima se încălzește.

În fiecare primăvară, pe măsură ce zilele din nord se întind mai mult și zăpada care se topește se prelinge în pâraie, animalele adormite, de la grizzli la veverițe de pământ, încep să se retragă din hibernare. Este tentant să spunem că se „trezesc”, dar hibernarea este mai complicată și mai misterioasă decât un simplu somn lung: orice animal care poate petrece luni de zile în subteran fără să mănânce sau să bea și totuși să iasă gata să înfrunte lumea a stăpânit în mod clar un uimitor. trucul biologiei.

Lista de animale care hibernează include tot felul de rozătoare, câțiva amfibieni și chiar câteva primate (mai multe specii de lemuri pitici), dar urșii sunt literalmente cei mai mari hibernatori dintre toți. Grizzly și urșii negri adulți cântăresc la fel de mult ca jucătorii de fotbal american sau mai mult, cu energia și curiozitatea preșcolarilor, dar nu au probleme să se agațe luni întregi. Coregrafia care duce la închiderea unei creaturi atât de mari sfidează explicația ușoară, spune Elena Gracheva, neurofiziolog la Universitatea Yale din New Haven, Connecticut. „Hibernarea este atât de complexă încât necesită adaptări la mai multe niveluri”, spune ea.

Hibernarea urșilor oferă perspective importante asupra funcționării mamiferelor mari, în special a noastră, explică Gracheva, care a fost coautor al unei explorări a fiziologiei hibernării în 2020. Revizuirea anuală a biologiei celulare și a dezvoltării. O mai bună înțelegere a procesului ar putea schimba abordarea noastră față de o gamă largă de afecțiuni umane, inclusiv accident vascular cerebral, osteoporoză, boala Parkinson și Alzheimer (vezi bara laterală).

Urșii, de asemenea, vor trebui să-și regândească conceptul de hibernare pe măsură ce clima se încălzește și iernile devin mai scurte. Modul în care răspund va spune multe despre angajamentul lor față de somnul de iarnă și despre interconexiunile profunde dintre climă și comportamentul animalelor.

Nu rece

Urșii adoptă o abordare a hibernarii care este mult diferită de ceilalți dormitori. Veverițele de pământ arctice își pot scădea temporar temperatura corpului la -3°C (27°F) fără să înghețe solid. Urșii, în schimb, nu pierd deloc căldură în bârlogurile lor de iarnă, dar încă se califică drept hibernatori, deoarece metabolismul lor încetinește până la târăre. Este un proces pe care Brian Barnes, un zoolog la Universitatea din Alaska Fairbanks, și colegii săi l-au urmărit cu atenție în urmă cu mai bine de un deceniu, studiind urșii negri care hibernează în bârlogurile artificiale.

Cartierele de iarnă erau de fapt camere care puteau măsura aportul de oxigen și producția de dioxid de carbon, măsuri importante ale metabolismului, în timp ce senzorii urmăreau temperatura corpului. A fost primul studiu care a arătat în mod definitiv că animalele pot hiberna fără să se răcească.

Totuși, urșii care hibernează nu se odihnesc doar iarna, spune Barnes. S-au închis cu adevărat, resetând complet parametrii vieții lor de zi cu zi. „Ei intră, se întorc de două sau trei ori, se culcă și rămân așa timp de șase luni”, spune el, și se ridică doar pentru a schimba partea la fiecare câteva zile. „Hibernarea definește limitele exterioare a ceea ce este posibil în ceea ce privește funcția mamiferelor.” Barnes observă că urșii de scroafă alăptează adesea gemeni sau tripleți în timpul hibernării fără să mănânce sau să bea, exploatând propriile depozite de grăsime și apă de dragul puilor lor.

Pentru oameni, acel nivel de letargie ar avea un cost. Fie că ne recuperam într-un pat de spital sau călărim o rachetă către Marte, mușchii ni se ofileau și oasele se subțiau după luni de inactivitate. Urșii nu au o astfel de problemă. O parte din secretul oaselor lor puternice tocmai acum iese la iveală. În 2021, Barnes și colegii săi au publicat un studiu care arată că urșii care hibernează sunt capabili să închidă genele implicate în distrugerea oaselor.

Cercetătorii sugerează că într-o zi ar putea fi posibil să se manipuleze același proces la oameni pentru a preveni osteoporoza. Barnes adaugă că o astfel de abordare ar putea fi deosebit de utilă pentru persoanele limitate la odihnă prelungită la pat, cei mai aproape de hibernare.

Metabolismul lent al urșilor care hibernează este o ispravă uimitoare în sine. Un urs își poate încetini respirația și ritmul cardiac cu aproximativ 75 la sută luni de zile, menținând în același timp o temperatură a corpului relativ ridicată. Deși nimeni nu știe exact cum au pus frânele metabolice, Gracheva spune că strategia are sens. Ea bănuiește că urșii nu se relaxează ca veverițele de pământ, deoarece ar fi nevoie de mult prea multă energie pentru a-și încălzi corpurile mari în primăvară. În schimb, se încovoaie, lăsând grăsimea și blana să le țină de cald cu doar câteva frisoane ocazionale pentru a ajuta la menținerea sângelui în mișcare.

Stăpânirea animației aproape suspendate de către animale de dimensiunea umană (sau mai mari) a atras, desigur, atenția scriitorilor de science-fiction și a altora care visează că într-o zi vor putea trimite astronauți în jurul sistemului solar în timp ce „hibernează” luni sau ani. pe oxigen limitat, mâncare și exerciții fizice. Mai imediat, ar putea fi posibil să folosiți lecțiile de hibernare pentru a proteja persoanele aflate la terapie intensivă.

După cum explică Barnes, atacurile de cord și accidentele vasculare cerebrale reduc foarte mult aportul de oxigen și nutrienți a creierului. Această lipsă de aprovizionare ar fi mult mai puțin dăunătoare dacă medicii ar putea reduce rapid cererea punând un pacient într-o stare de hibernare sau ceva asemănător. Barnes observă că victimele accidentului vascular cerebral sunt cel mai probabil să beneficieze de tratament în prima oră după accident vascular cerebral. Medicii numesc fereastra lor de oportunitate de a restabili fluxul de sânge „ora de aur”. Dacă medicii ar putea reproduce hibernarea până la un punct în care nevoile creierului nu depășesc oferta, „acea oră de aur ar putea fi o săptămână de aur sau trei săptămâni”, spune Barnes.

Speculațiile s-ar putea termina în curând: în martie 2021, cercetătorii din Statele Unite și China, inspirați de hibernatorii lumii animale, au propus un studiu care ar folosi o combinație de medicament sedativ prometazină și medicamentul antipsihotic clorpromazină pentru a crea temporar un „stare asemănătoare hibernației” la pacienții cu AVC, cu scopul final de a păstra funcția creierului.

Apel de trezire

Hibernarea ursului este diferită în alte moduri. Unele rozătoare și alte animale hibernează după un program strict guvernat de durata zilei. Urșii, totuși, decid singuri când să închidă și când să se recupereze, explică Heather Johnson, un biolog cercetător al faunei sălbatice de la US Geological Survey din Anchorage, Alaska. Acest moment este determinat de o serie de indicii, inclusiv aprovizionarea cu alimente și, mai important, temperatură.

Într-un studiu publicat în 2017, Johnson și colegii au urmărit hibernarea a 51 de femele de urs negru timp de o medie de trei ani fiecare în vecinătatea Durango, Colorado. Durata totală a hibernarii a variat foarte mult, de la mai puțin de patru luni la mai mult de șapte luni, în funcție de vârstă și statutul parental. Urșii mai în vârstă și mamele cu pui aveau tendința de a se agăța mai mult decât urșii mai tineri care erau singuri. Dar toți urșii au fost în mod clar atenți la vreme în timp ce se pregăteau să revină la viața activă.

În medie, urșii și-au părăsit bârlogurile cu 3,5 zile mai devreme pentru fiecare creștere de 1 grad Celsius (1,8 grade Fahrenheit) a temperaturii minime medii în primăvară. „Când o temperatură ajunge la un anumit nivel, acesta este indiciul lor că este timpul să ieșim din hibernare”, spune Johnson.

De asemenea, urșii bruni din Scandinavia par să aștepte ca temperatura să atingă un prag înainte de a ieși din bârlogurile lor de iarnă, spune Alina Evans, medic veterinar pentru animale sălbatice la Universitatea de Științe Aplicate din Norvegia Internă din Evanstad. Într-un studiu publicat în 2016, Evans și colegii au urmat rutinele de hibernare a 14 urși care au fost echipați cu gulere satelit și monitoare care urmăreau ritmul cardiac și temperatura corpului.

Urșii au ales momente și locuri diferite (rădăcini de copaci, peșteri, dealuri de furnici săpate) pentru a începe bârlogul, dar toți și-au părăsit bârlogurile când temperatura medie în timpul zilei se apropia de 5°C (aproximativ 40°F). Evans crede că temperatura este ceea ce îi convinge să iasă, dar adaugă că există și alte posibilități. Urșii pot fi atenți și la umezeala neplăcută de la topirea zăpezii, de exemplu.

Pe măsură ce iernile devin mai blânde într-un climat care se încălzește, urșii vor începe, fără îndoială, să iasă din bârlogurile lor mai devreme, spune Johnson. Este greu de spus dacă astfel de schimbări s-au întâmplat deja, dar, în mod anecdotic, sunt multe povești cu urși care apar în orașe sau pe veranda cabinelor în timpul unei perioade calde de iarnă. Ea își face griji că perioadele mai scurte de hibernare le-ar putea oferi urșilor mai mult timp să aibă probleme. Urșii care ies devreme din bârloguri au mai multe șanse să răstoarne coșurile de gunoi, să fie loviți de mașini sau să ajungă în punctul de mirare al unui vânător. „Ursii au o rată de supraviețuire de aproape 100% în timp ce hibernează”, spune ea. „În caz contrar, este o lume periculoasă pentru ei.”

În general, urșii își programează hibernarea astfel încât să fie așternuți atunci când hrana este puțină, dar sunt activi în perioadele de abundență, spune Evans. Ea este îngrijorată că schimbările de temperatură ar putea înlătura acel program. În teorie, o vrajă de căldură timpurie ar putea alunga urșii din bârlog devreme, doar pentru a fi cufundați înapoi în frig când au început deja să slăbească iarna. „Este posibil să piardă o oportunitate de a economisi energie într-un mediu aspru”, spune ea.

În unele cazuri, o schimbare bruscă a climei ar putea transforma temporar urșii în supra-mâncători, spune Gracheva. În mod obișnuit, un urs va pierde până la 30 până la 40 la sută din greutatea sa corporală – în principal grăsime – în timpul hibernarii. Dacă un urs se trezește devreme câțiva ani la rând, toate aceste mese de primăvară ar putea adăuga kilograme nedorite. „Ursul ar putea deveni obez”, spune ea. „Ei ar putea deveni sensibili la diabet așa cum suntem noi.”

Dar, pe termen lung, urșii vor putea în cele din urmă să își ajusteze programul de mâncare și de hibernare pentru a se potrivi într-o lume care se încălzește, spune Evans. La urma urmei, observă ea, urșii negri prosperă în mlaștinile din Florida și în pădurile din Mexic, iar urșii bruni au un punct de sprijin în țările din sudul Europei, unde iernile aspre au dispărut în mare parte odată cu Epoca de Gheață. Unii urși din climă mai caldă au decis să renunțe complet la hibernare. Urșii din Grecia și Croația s-ar putea să nu dezvolte deloc decât dacă sunt însărcinați, spune ea.

Hibernarea poate fi mai puțin urgentă într-o lume care se încălzește, dar oamenii de știință sunt mai dornici ca niciodată să înțeleagă procesul.

Acest articol a apărut inițial în
Revista Knowableun efort jurnalistic independent de la Annual Reviews. Înscrieți-vă pentru newsletter.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *