Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с Топором .
Часть серии по
Покой животных
Myotis mystacinus hibernation4.JPG

Оцепенение - это состояние пониженной физиологической активности животного, обычно из-за пониженной температуры тела и скорости метаболизма . Оцепенение позволяет животным выжить в периоды ограниченной доступности пищи. [1] Термин «оцепенение» может относиться к времени, которое человек в спячке проводит при низкой температуре тела от нескольких дней до недель, или к периоду низкой температуры тела и метаболизма продолжительностью менее 24 часов, как в «ежедневном оцепенении». ".

К животным, которые ежедневно впадают в оцепенение, относятся птицы (даже крошечные колибри , особенно Cypselomorphae ) [2] [3] и некоторые млекопитающие, включая многие виды сумчатых , [4] [5] грызунов (например, мыши ) и летучие мыши . [6] В течение активной части дня такие животные поддерживают нормальную температуру тела и уровень активности, но их скорость метаболизма и температура тела падают в течение части дня (обычно ночью) для сохранения энергии. [ необходима цитата ]

Некоторые животные периодически находятся в состоянии длительного бездействия с пониженной температурой тела и обменом веществ, состоящими из нескольких приступов оцепенения. Это называется гибернацией, если она наступает зимой, или во время праздников, если это происходит летом. С другой стороны, ежедневное оцепенение не зависит от сезона и может быть важной частью энергосбережения в любое время года. [ необходима цитата ]

Торпор - это хорошо контролируемый процесс терморегуляции, а не результат отключения терморегуляции, как считалось ранее. [7] Сумчатая вялость отличается от не-сумчатого млекопитающего ( плацентарная ) вялости в характеристиках возбуждения. Эвтерианское возбуждение зависит от выделяющей тепло коричневой жировой ткани как механизма, ускоряющего согревание. Механизм возбуждения сумчатых неизвестен, но, похоже, не зависит от коричневой жировой ткани. [8]

Эволюция [ править ]

Развитие оцепенения, вероятно, сопровождало развитие гомеотермии . [9] Животные, способные поддерживать температуру тела выше температуры окружающей среды, в то время как другие представители этого вида не могут иметь преимущество в фитнесе. Преимущества поддержания внутренней температуры включают увеличенное время кормления и меньшую подверженность резким перепадам температуры. [9] Такая адаптация повышения температуры тела к корму наблюдалась у мелких ночных млекопитающих, когда они впервые просыпаются вечером. [10] [11] [12]

Хотя гомеотермия дает такие преимущества, как повышенный уровень активности, мелкие млекопитающие и птицы, поддерживающие внутреннюю температуру тела, тратят до 100 раз больше энергии при низких температурах окружающей среды по сравнению с эктотермиями. [13] Чтобы справиться с этой проблемой, эти животные поддерживают гораздо более низкую температуру тела, оставаясь чуть выше температуры окружающей среды, а не при нормальной рабочей температуре. Это снижение температуры тела и скорости метаболизма позволяет продлить выживание животных, способных впадать в торпидное состояние.

В 2020 году ученые сообщили о свидетельствах оцепенения у Lystrosaurus, живущего ~ 250 млн лет назад в Антарктиде, - старейшее свидетельство состояния, подобного спячке, у позвоночных животных. [14] [15] [16]

Функции [ править ]

Снижение скорости метаболизма для сохранения энергии в периоды нехватки ресурсов - это в первую очередь отмеченная цель оцепенения. [17] Этот вывод в значительной степени основан на лабораторных исследованиях, в которых наблюдалось оцепенение после голодания. [18] Существуют данные о других адаптивных функциях оцепенения у животных, наблюдаемых в естественных условиях:

Циркадный ритм во время оцепенения [ править ]

Животные, которые могут впадать в оцепенение, полагаются на биологические ритмы, такие как оцепенение, для продолжения естественных функций. Разные животные управляют своим циркадным ритмом по-разному, и у некоторых видов он полностью прекращается (например, у европейских хомяков). Другие организмы, такие как черный медведь, впадают в оцепенение и переключаются на многодневные циклы, а не полагаются на циркадный ритм. Однако видно, что как медведи, так и дикие медведи при входе в оцепенение выражают схожие циркадные ритмы. Медведи, входящие в оцепенение в имитируемой берлоге без света, выражают нормальные, но низкие ритмы функционирования. То же самое наблюдалось и в берлогах диких медведей на природных территориях. Функция циркадных ритмов у черных, бурых и белых медведей предполагает, что их система оцепенения эволюционно развита. [19]

У мелких птиц наблюдается сохранение жира [ править ]

Было показано, что оцепенение - это стратегия мелких перелетных птиц, направленная на увеличение жировых отложений. Было замечено, что колибри, отдыхающие по ночам во время миграции, впадают в оцепенение, что помогает сохранить жировые запасы до конца миграции. [18]

Эта стратегия использования оцепенения для увеличения жировых отложений также наблюдалась у зимующих цыплят. [20] Черношапочные синицы , обитающие в лесах умеренного пояса Северной Америки, зимой не мигрируют на юг. Курица может поддерживать температуру тела на 12 ° C ниже нормы. Это снижение метаболизма позволяет сохранить 30% жировых запасов, накопленных за предыдущий день. Без оцепенения синица не смогла бы сохранить свои жировые запасы, чтобы пережить зиму.

Преимущество в среде с непредсказуемыми источниками пищи [ править ]

Оцепенение может быть стратегией животных с непредсказуемыми запасами пищи. [21] Например, живущие в высоких широтах грызуны сезонно впадают в оцепенение, когда не размножаются. Эти грызуны используют оцепенение как средство, чтобы пережить зиму и выжить, чтобы размножаться в следующем цикле воспроизводства, когда источников пищи много, отделяя периоды оцепенения от периода воспроизводства. Некоторые животные впадают в оцепенение во время репродуктивного цикла, что видно в непредсказуемых средах обитания. [21] Они сталкиваются с затратами на длительный период воспроизводства, но расплата за их способность к воспроизводству - выживание. [21]

В восточных ушан использует оцепенения в зимний период и способен вызывать и фуражные в теплое время года. [22]

Выживание во время массовых вымираний [ править ]

Предполагается, что это ежедневное оцепенение могло позволить выжить в результате массовых вымираний. [23] Гетеротермы составляют только четыре из 61 млекопитающего, вымершие за последние 500 лет. [23] Оцепенение позволяет животным снизить потребность в энергии, что позволяет им лучше выживать в суровых условиях.

Межвидовая конкуренция [ править ]

Межвидовая конкуренция возникает, когда двум видам требуется один и тот же ресурс для производства энергии. [24] Торпор увеличивает физическую форму в случае межвидовой конкуренции с ночной обыкновенной колючей мышью. [24] Когда у золотой колючей мыши уменьшается доступность пищи из-за пересечения диеты с обычной колючей мышью, она проводит больше времени в торпидном состоянии.

Сопротивление паразитам летучими мышами [ править ]

Было показано, что снижение температуры из-за оцепенения снижает способность паразитов к размножению. [25] Эктопаразиты летучих мышей в умеренных зонах снижают репродуктивную способность, когда летучие мыши входят в оцепенение. Там, где летучие мыши не впадают в оцепенение, паразиты размножаются с постоянной скоростью в течение года.

Вариант глубокого сна НАСА для миссии на Марс [ править ]

В 2013 году SpaceWorks Engineering начала искать способ резко сократить расходы на экспедицию человека на Марс, поместив команду в длительное оцепенение на 90–180 дней. Путешествие в спячке снизит метаболические функции астронавтов и сведет к минимуму потребности в жизнеобеспечении во время многолетних миссий. [26]

См. Также [ править ]

  • Критический тепловой максимум
  • Покой
  • Ступор

Заметки [ править ]

  1. ^ Vuarin, Полины; Даммхан, Мелани; Каппелер, Питер М .; Анри, Пьер-Ив (сентябрь 2015 г.). «Когда начинать употребление оцепенения? Наличие пищи - это время перехода к зимнему фенотипу у тропической гетеротермы». Oecologia . 179 (1): 43–53. Bibcode : 2015Oecol.179 ... 43V . DOI : 10.1007 / s00442-015-3328-0 . PMID  25953115 . S2CID  17050304 .
  2. ^ Хейнсворт, Франция; Вольф, LL (17 апреля 1970 г.). «Регулирование потребления кислорода и температуры тела во время торпора у колибри, Eulampis jugularls». Наука . 168 (3929): 368–369. Bibcode : 1970Sci ... 168..368R . DOI : 10.1126 / science.168.3929.368 . PMID 5435893 . S2CID 30793291 .  
  3. ^ "Колибри" . Центр перелетных птиц, Смитсоновский национальный зоологический парк. Архивировано из оригинала на 2008-02-14.
  4. ^ Гейзер, F (1994). «Спячка и ежедневное оцепенение у сумчатых - обзор». Австралийский зоологический журнал . 42 (1): 1. DOI : 10,1071 / zo9940001 .
  5. ^ Stannard, HJ; Fabian, M .; Старый, JM (2015). «Греться или не греться: поведенческая терморегуляция у двух видов дасюрид, Phascogale calura и Antechinomys laniger ». Журнал термобиологии . 53 : 66-71. DOI : 10.1016 / j.jtherbio.2015.08.012 . PMID 26590457 . 
  6. ^ Bartels, W .; Закон, бакалавр гуманитарных наук; Гейзер, Ф. (7 апреля 1998 г.). «Ежедневное оцепенение и энергия у тропического млекопитающего, северной летучей мыши Macroglossus minimus (Megachiroptera)». Журнал сравнительной физиологии B: биохимическая, системная и экологическая физиология . 168 (3): 233–239. DOI : 10.1007 / s003600050141 . PMID 9591364 . S2CID 16870476 .  
  7. ^ Гейзер, Fritz (март 2004). «Снижение скорости обмена веществ и температуры тела во время спячки и ежедневного оцепенения». Ежегодный обзор физиологии . 66 (1): 239–274. DOI : 10.1146 / annurev.physiol.66.032102.115105 . PMID 14977403 . S2CID 22397415 .  
  8. ^ Доусон, TJ; Finch, E .; Freedman, L .; Хьюм, И.Д .; Ренфри, Мэрилин; Темпл-Смит, П.Д. "Морфология и физиология метатерии" (PDF) . В Уолтоне, DW; Ричардсон, Б. Дж. (Ред.). Фауна Австралии - Том 1B Млекопитающие . ISBN  978-0-644-06056-1.
  9. ^ a b Гейзер, Фриц; Ставски, Клэр; Wacker, Chris B .; Новак, Юлия (2 ноября 2017 г.). «Феникс из пепла: огонь, оцепенение и эволюция эндотермии млекопитающих» . Границы физиологии . 8 : 842. DOI : 10,3389 / fphys.2017.00842 . PMC 5673639 . PMID 29163191 .  
  10. ^ Ставски, Клэр; Гейзер, Фриц (январь 2010 г.). «Сытые и сытые: частое летнее оцепенение у субтропических летучих мышей». Naturwissenschaften . 97 (1): 29–35. Bibcode : 2010NW ..... 97 ... 29S . DOI : 10.1007 / s00114-009-0606-х . PMID 19756460 . S2CID 9499097 .  
  11. ^ Варнеке, Лиза; Тернер, Джеймс М .; Гейзер, Фриц (29 ноября 2007 г.). «Оцепенение и купание в небольшой засушливой зоне сумчатых». Naturwissenschaften . 95 (1): 73–78. Bibcode : 2008NW ..... 95 ... 73W . DOI : 10.1007 / s00114-007-0293-4 . PMID 17684718 . S2CID 21993888 .  
  12. ^ Кёртнер, Герхард; Гейзер, Фриц (апрель 2009 г.). «Ключ к зимнему выживанию: ежедневное оцепенение у небольшого сумчатого животного засушливой зоны». Naturwissenschaften . 96 (4): 525–530. Bibcode : 2009NW ..... 96..525K . DOI : 10.1007 / s00114-008-0492-7 . PMID 19082573 . S2CID 3093539 .  
  13. ↑ Варфоломей, Джордж А. (1982). "Энергетический обмен". В Гордоне, Малкольм С. (ред.). Физиология животных: принципы и адаптации . Макмиллан. С. 46–93. ISBN 978-0-02-345320-5.
  14. ^ «Ископаемые свидетельства состояния, подобного спячке, у антарктических животных возрастом 250 миллионов лет» . Phys.org . Проверено 7 сентября 2020 .
  15. ^ «Ископаемое предполагает, что животные впали в спячку в течение 250 миллионов лет» . UPI . Проверено 7 сентября 2020 .
  16. ^ Уитни, Меган Р .; Сидор, Кристиан А. (декабрь 2020 г.). «Свидетельства оцепенения в бивнях Lystrosaurus из раннего триаса Антарктиды» . Биология коммуникации . 3 (1): 471. DOI : 10.1038 / s42003-020-01207-6 . PMC 7453012 . PMID 32855434 .  
  17. ^ Аллаби, Майкл (2014). Словарь зоологии . Издательство Оксфордского университета. п. 963. ISBN 9780199684274.
  18. ^ a b Карпентер, Ф. Линн; Хиксон, Марк А. (май 1988 г.). «Новая функция от оцепенения: сохранение жира у диких мигрирующих колибри». Кондор . 90 (2): 373–378. DOI : 10.2307 / 1368565 . JSTOR 1368565 . 
  19. ^ Янсен, Хайко Т .; Лейсе, Таня; Стенхаус, Гордон; Голубь, Каринэ; Kasworm, Уэйн; Тейсберг, Джастин; Радандт, Томас; Даллманн, Роберт; Браун, Стивен; Роббинс, Чарльз Т. (декабрь 2016 г.). «Циркадные часы медведя не« спят »во время зимнего покоя» . Границы зоологии . 13 (1): 42. DOI : 10.1186 / s12983-016-0173-x . PMC 5026772 . PMID 27660641 . ProQuest 1825614860 .   
  20. ^ Чаплин, Сьюзан Бадд (1974). «Суточная энергетика черношапочного синица Parus atricapillus зимой». Журнал сравнительной физиологии . 89 (4): 321–330. DOI : 10.1007 / BF00695350 . S2CID 34190772 . 
  21. ^ a b c Макаллан, БМ; Гейзер, Ф. (1 сентября 2014 г.). «Оцепенение во время размножения у млекопитающих и птиц: решение энергетической головоломки» . Интегративная и сравнительная биология . 54 (3): 516–532. DOI : 10.1093 / ICB / icu093 . PMID 24973362 . 
  22. ^ Ставски, Клэр; Турбилл, Кристофер; Гейзер, Фриц (май 2009 г.). «Зимняя спячка субтропической летучей мыши (Nyctophilus bifax)». Журнал сравнительной физиологии B . 179 (4): 433–441. DOI : 10.1007 / s00360-008-0328-у . PMID 19112568 . S2CID 20283021 .  
  23. ^ a b Гейзер, Фриц; Бригам, Р. Марк (2012). Жизнь в сезонном мире . С. 109–121. DOI : 10.1007 / 978-3-642-28678-0_10 . ISBN 978-3-642-28677-3.
  24. ^ a b Леви, О .; Даян, Т .; Кронфельд-Шор, Н. (1 сентября 2011 г.). «Межвидовая конкуренция и оцепенение у золотых колючих мышей: две стороны монеты накопления энергии» . Интегративная и сравнительная биология . 51 (3): 441–448. DOI : 10.1093 / ICB / icr071 . PMID 21719432 . 
  25. ^ Лоуренсу, София; Палмейрим, Хорхе Местре (декабрь 2008 г.). «Какие факторы регулируют размножение эктопаразитов пещерных летучих мышей умеренного пояса?». Паразитологические исследования . 104 (1): 127–134. DOI : 10.1007 / s00436-008-1170-6 . PMID 18779978 . S2CID 24822087 .  
  26. ↑ Холл, Лора (19 июля 2013 г.). "Вызвание оцепенения переносом среды обитания для человеческого застоя на Марс" . НАСА . Проверено 20 марта 2018 года .