Существует ли летняя спячка в мире животных?

Интересное биологическое явление, вызываемое периодическими (или неожиданными) метеорологическими переменами, изменяющимися условиями жизни в летний сезон, представляет собой так называемая летняя спячка у животных, которая, в сущности, весьма сходна с зимней. Научное название летней спячки – эстивация (от лат. aestas – «лето»). В подобное неактивное состояние впадает ряд видов животных при наступлении сильной жары и засухи, когда становится невозможно найти пищу и воду, чтобы выжить. Летняя спячка – частое явление у некоторых видов рыб. Особенно она характерна для обитателей пресноводных водоемов, преимущественно экваториальных и тропических областей земного шара.

Сравнительно хорошо изучена летняя спячка у рыб двоякодышащих – африканского протоптера и американского чешуйчатника. Африканский протоптер, представляющий собой редкое создание природы, поистине может называться необыкновенной рыбой. В известных энциклопедиях животного мира Брема протоптер назван рыбой-саламандрой. Многие ученые, изучающие эволюцию животного мира, считают, что это существо, вероятно, является первой попыткой природы превратить водного обитателя в сухопутного – еще 400 миллионов лет тому назад. Поводом для такого предположения является тот факт, что эта рыба кроме жаберной системы использует для дыхания также парный плавательный пузырь, обильно насыщенный кровеносными капиллярами и играющий роль легких. Для передвижения по земной поверхности природа наделила эту рыбу вместо гибких плавников очень твердыми отростками, напоминающими ножки. Протоптер приспособился переносить продолжительные засушливые периоды, которые часто случаются в Центральной Африке и главным образом – в притоках Белого Нила, Конго и Замбези, где неглубокие пресноводные водоемы полностью пересыхают. Он достигает двух метров в длину. В засушливый период года, с августа до ноября-декабря, когда водоемы, в которых он обитает, пересыхают, протоптер выкапывает себе нору в иле, примерно полметра-метр глубиной, и устраивается на ее дне, где формирует для себя специальную капсулу. После этого он выделяет большое количество слизи, которой склеивает глинистые стены капсулы. В результате образуется нечто похожее на кокон с узким проходом для дыхания, расположенным напротив рта и достигающим поверхности, по нему поступает атмосферный воздух. Так рыба проводит длительный период времени (пять-шесть месяцев), свернувшись в клубок в состоянии полного оцепенения. В это время она переходит на легочное дыхание, используя атмосферный воздух, а так как обмен веществ в ее организме резко понижается, потребность в кислороде уменьшается.

Впадая в глубокую летнюю спячку, эта рыба живет за счет предварительно накопленного жира. В засушливый сезон года местное население ходит ловить протоптеров, вооружившись лопатами и обнаруживая их по слуху, – легочное дыхание рыбы уловимо даже для нетренированного уха. После наступления дождливого сезона вода размягчает илистую капсулу и рыба оживает. Известен случай, когда протоптер вместе с его глинистым коконом был успешно перевезен из Африки в Европу, после чего был «оживлен» в воде и обитал в аквариуме несколько лет. Быстрое пробуждение рыбы от летней спячки опасно. Ее мускулатура очень медленно восстанавливает свою способность двигаться. Кроме того, необходимо, чтобы у дыхательного механизма было достаточно времени для переключения с легочного дыхания на дыхание жабрами.

В подобное состояние впадает и встречающийся в наших краях вьюн – когда водоемы, где он обитает, высыхают в летнюю жару. Вьюн зарывается в ил и впадает в состояние летней спячки. Его можно обнаружить замурованным в сухой ил, в котором нет никакой влаги, и тогда он кажется окаменелостью. Вот почему он получил название Misgurnus fossilis — fossilis происходит от лат. fossicius, что означает «окаменелый», «ископаемый», т. е. окаменелый остаток организма, жившего в давние времена. При неблагоприятной для него засухе вьюн пребывает в этом состоянии продолжительное время. А при увлажнении его жизнедеятельность восстанавливается. Установлено, что вьюн, хотя и не является двоякодышащей рыбой, вдыхает атмосферный воздух ртом. Воздух проходит через кишечный тракт, где осуществляется газообмен благодаря обильной сети мельчайших кровеносных сосудов – капилляров, и выводится через анальное отверстие. Летняя спячка у этих рыб, подобно зимней спячке, является приобретенным эволюционным путем биологическим приспособлением к неблагоприятным условиям жизни. В таком состоянии, когда рыбы наименее активны и процессы обмена веществ сведены до возможного минимума, они живут за счет заранее накопленного жира, причем потребляя незначительное количество кислорода.

В то время как для наших географических широт определяющим фактором сезонности в жизни земноводных (лягушек, тритонов, саламандр) является температура окружающей среды, в тропиках и субтропиках эту роль играет влажность. При достаточно высокой температуре воздуха, но низкой влажности (в период засухи) земноводные обычно впадают в летнюю спячку. В странах с тропическим климатом, где температура и влажность высокие, земноводные активны весь год. Но в районах, где чередуются засушливые и дождливые периоды, когда наступает засуха, пагубная для многих видов земноводных, они впадают в летнюю спячку, зарываются в ямы в почве, под корни, камни и т. п. Типичным примером может служить остров Ява, на котором земноводные проводят в состоянии летней спячки почти пять месяцев. Во время как зимней, так и летней спячки земноводные не питаются, все их процессы жизнедеятельности и обмена веществ значительно замедляются.

Известно, что представители обширного класса пресмыкающихся – это животные с непостоянной температурой тела, которая зависит от температуры окружающей среды. Пресмыкающиеся любят тепло и часами греются на солнце. Ороговевшие покровы их тела и отсутствие кожных желез предохраняют их от чрезмерной потери воды. Некоторые из них даже приспособились жить в очень сухом климате, в жарких и безводных пустынях. Однако жара в тропиках служит причиной впадения некоторых из них в летнюю спячку. Так, например, некоторые виды змей – постоянные обитатели жарких пустынь, где им зачастую угрожает тепловой удар, – способны впадать в летнюю спячку в самые жаркие дни. Это и есть защитная реакция организма, когда потребление кислорода и образование тепла в организме минимальны.

Зарывшись в ил, впадает в летнюю спячку анаконда, достигающая 11-метровой длины. В эстивацию впадают и самые крупные представители пресмыкающихся – крокодилы. Когда водоемы пересыхают, они зарываются глубоко в ил. Несмотря на то что поверхностный его слой высыхает и затвердевает, в глубине влага сохраняется, там они и остаются на время своей летней спячки. По этому поводу знаменитый путешественник Александр Гумбольдт привел рассказ одного европейского колониста, которому пришлось заночевать в хижине, построенной прямо на земле на берегу реки Ориноко (Венесуэла, Южная Америка). Среди ночи его разбудил сильный шум, и земля под ногами зашевелилась. Комья земли полетели во все стороны, и наконец из-под земли появился огромный крокодил. Очевидно, он пребывал в состоянии летней спячки и, к ужасу колониста, именно в эту ночь проснулся.

У всех обитателей пустынь, сколь бы они ни были разнообразны, есть общая черта: все они в большей или меньшей степени приспособлены к недостатку воды, пищи, убежищ и резким колебаниям температуры. Механизмы физиологии пустынных животных должны балансировать на очень узкой грани между сохранением воды и терморегуляцией.

И было бы несправедливо, рассказывая о сухом голодании в природе, не упомянуть об удивительном создании природы – верблюде. Это уникальное животное, сотворенное природой со столь превосходными физическими особенностями, служит людям. Человеку остается лишь удивляться подобным творениям природы, которыми изобилует окружающий мир. Одногорбый верблюд обычно поедает около 30–50 килограммов корма в день, тогда как в трудных условиях он может прожить целый месяц, довольствуясь лишь двумя килограммами сухой травы ежедневно. Строение губ и ротовой полости позволяет ему без труда расправляться даже с шипами, способными пробить обувную кожу. А четырехкамерный желудок и пищеварительная система способны переработать без исключения все, что в них проникает. Это животное может извлечь пользу даже из такого, казалось бы, несъедобного вещества, как каучук. Понятно, насколько важна подобная способность в районах с засушливым климатом. А теперь давайте подумаем над вопросом: сам ли верблюд приспособил свой организм к пустынной среде, согласовал структуру своих клеток и крови с принципом экономии воды, избрал структуру своей шерсти?

Уникальность организма верблюда

Итак, все, чем наделен организм верблюда, представляет собой уникальный комплекс, который обеспечивает возможность обитания и активной жизнедеятельности в суровых условиях безводной пустыни довольно крупного животного с массой до 800 килограммов.

Шерстяной покров. В программе построения организма верблюда предусмотрено изготовление густой шерсти, которая защищает его от перегрева в палящую жару и от переохлаждения при низких температурах, а также предотвращает большие потери влаги.

Этот удивительно толстый покров помогает выдерживать температуру от –29 до +38 °C. Он прекрасно растет, поэтому каждую весну верблюдов стригут, получая по семь килограммов ценной волнистой шерсти. Из нее изготавливают разные ткани и знаменитые мягкие, пушистые верблюжьи одеяла.

Сбалансированная температура тела. Организм этих животных позволяет солнечным лучам днем повышать температуру тела и снижать ее ночью. То есть у верблюда хорошо управляемая температурная балансировка. При этом ночью температура его тела падает до 34–35 °C, а днем медленно повышается до 40,5 °C, так что вплоть до полудня верблюду совершенно не жарко. К примеру, температура тела человека почти не меняется, за исключением тех случаев, когда он болен. Поэтому летом ему становится жарко уже с утра.

Кроме того, за счет повышения температуры в организме верблюдов экономится вода, поскольку уменьшается потоотделение. Существующая система терморегуляции предотвращает усиленную влагоотдачу в жаркий период, как у других животных. Так, например, организм верблюда теряет влагу в три раза медленнее, чем осел в тех же условиях.

Возможность долго быть без воды. Самой чудесной способностью верблюда является то, что он может не пить свыше двух недель. При этом животное может потерять почти треть своей массы, что смертельно почти для любого живого существа, а затем быстро ее восполнить.

Максимальное использование корма и воды. Практически все животные погибают, когда скопившаяся в их почках мочевина проникает в кровь. Между тем верблюд извлекает максимальную пользу из воды и пищи, многократно перерабатывая мочевину в своей печени. Структура клеток и крови верблюда также позволяет животному переносить длительную жажду в условиях пустыни.

Клеточные мембраны в организме животного устроены так, что предотвращают излишние потери внутриклеточной жидкости. Состав же крови у верблюда такой, что не вызывает замедления кровообращения даже в случае минимального содержания воды в организме. Кроме того, его кровь отличается от крови прочих живых существ более высоким содержанием альбумина – белка, повышающего выносливость организма при обезвоживании.

Верблюд может за 10 минут выпить 100–150 л (10 ведер воды). А если ему удается найти какой-нибудь относительно сочный растительный корм, то он обходится без воды несколько недель.

Организму всех пустынных животных, в числе которых верблюды, необходимо заботиться о том, чтобы максимально сохранять влагу. Считается, что жировые отложения в горбах верблюдов – это настоящие «водные склады». И чем выше горб, тем внушительней запас жира, доходящий у упитанных особей до 120 килограммов, что может при его расщеплении дать свыше 50 килограммов метаболической воды.

Но есть и другие мнения. Способность верблюдов долго не пить определяется не запасом воды, как думали раньше, и не только тем, что жир в горбах может расщепляться, как предполагали совсем недавно. Особенность верблюдов заключается в том, что они способны терять до 25 % массы тела за счет потери воды, при этом удерживая влагу в крови в значительно большем количестве, чем другие животные. При этом не происходит значительного сгущения крови.

Из всех млекопитающих только у верблюдовых красные кровяные клетки (эритроциты) имеют овальную форму. Это обеспечивает их продвижение по кровеносным сосудам в том случае, когда кровь все же становится более густой и вязкой вследствие сильного обезвоживания организма.

Кроме того, верблюды теряют гораздо меньше воды с мочой и экскрементами, чем животные других природных зон. И еще одна особенность: верблюды могут пить воду, содержащую значительное количество соли. Это очень важно, так как в пустыне многие водоемы солоноватые.

Неприхотливость в еде. Пища верблюда состоит исключительно из растений, причем животное может довольствоваться самым плохим кормом. Его пищеварительная система устроена настолько целесообразно, что этот пустынный житель способен поедать местные колючие растения, несъедобные для других животных, например верблюжью колючку и даже ветви мимозы, иглы которой могут свободно проткнуть подошву сапога. И при случае верблюд с удовольствием съест старую корзину или подстилку из финиковых листьев. Он, как и другие жвачные животные, вынужден повторно тщательно пережевывать сухую растительную массу.

Конечно, от сочного зеленого корма (бобов, зерна) верблюд тоже не отказывается, и тогда ему не нужна вода. Интересно, что при сравнительно долгом питании на хороших лугах верблюды чувствуют себя плохо.

«Корабли пустыни». Тысячи лет верблюд перевозит грузы и людей через безводные засушливые местности. Обычно он несет груз, составляющий половину его веса, а самые сильные – около 700 килограммов – почти столько же, сколько весят сами. Под седлом да по жарким пескам и чаще без воды верблюд проходит до 80 километров в сутки. В таких суровых условиях ни одному коню этого не выдержать.

Интересно, что продолжительность жизни удивительно выносливых обитателей пустыни выше, чем у лошадей, и составляет 35–40 лет, но встречаются особи даже 70-летнего возраста.

Ученые из Объединенных Арабских Эмиратов предложили активнее изучать защитные механизмы одного из самых выносливых животных – верблюда, – чтобы бороться с человеческими болезнями. Руководитель проекта доктор Сабах Яссим заявил, что, поскольку верблюды имеют иммунитет к большинству опаснейших вирусных заболеваний, их ткани можно использовать для создания новых эффективных лекарств. Верблюды имеют уникальные физиологические характеристики, которые позволяют им существовать в тяжелейших условиях пустыни.

Они справляются с обезвоживанием, поскольку их кровеносная система умеет хранить запасы воды, недостаток пищи восполняется залежами жировой ткани в горбах, а верблюжье молоко хранится в свежем виде намного дольше коровьего. Но это еще не все. Верблюды имеют иммунитет к большинству опаснейших вирусных заболеваний. Их иммунная система настолько совершенна, что они не подвержены большинству вирусных заболеваний, от которых умирают другие млекопитающие. Они, например, совершенно невосприимчивы к ящуру и чуме крупного рогатого скота. Антитела верблюжьего организма намного проще человеческих, поэтому, как утверждает доктор Сабах Яссим, искусственно воссоздать их значительно проще. Причем антитела, вырабатываемые верблюдами, по размерам очень малы. Их легко ввести в человеческую ткань или даже клетку, пишет доктор Яссим в британском научном журнале «Проблемы биологии». Однако до сих пор на верблюдов не обращали внимания как на источник выработки возможных веществ для борьбы с вирусными заболеваниями человека.

В медицине завтрашнего дня, считают арабские ученые, иммунные механизмы верблюда будут не только предметом пристального изучения, но и средством борьбы против многих человеческих болезней.

Современные научные исследования показали, что в период анабиоза экспериментальные животные без вреда для собственного здоровья переносят повышенные дозы ядов, радиоактивного облучения, а также не погибают и не болеют от искусственного заражения их микробами, вирусами и т. д.