ZOOLOGIJA

Dr Ana Paunović

Dormancija - hibernacija i zimski san

ŽABA KAO SLADOLED

Druga podela zasniva se na izvoru toplote. Prema njoj, životinje možemo podeliti na endotermne i ektotermne. Endotermne su one koje same proizvode toplotu, uz pomoć svog metabolizma, dok se ektotermi oslanjaju na izvore toplote iz okruženja. Termini „toplokrvne” i „hladnokrvne’” životinje nisu baš najbolji izbor reči jer se radi o kolokvijalnim nazivima za gorenavedene pojmove koji zapravo i nisu najtačniji, budući da mnoge poikilotermne ili ektotermne životinje, koje se smatraju hladnokrvnima, mogu dostići telesnu temperaturu jednaku ili čak znatno višu u odnosu na tzv. „toplokrvne” sisare (na primer, gušter na podnevnom suncu u nekoj vreloj pustinji).

Obzirom da u prirodi uvek postoje izuzeci i da je ponekad teško navesti jasne granice, postoje i heterotermne životinje. Tu spadaju vrste koje koriste svoj metabolizam za proizvodnju toplote i na taj način regulišu telesnu temperaturu; međutim, temperatura tela može i da varira, zavisno od uslova u kojima se životinja nalazi. Životinje su razvile različite oblike dormancije, tj. periode mirovanja u kojima je stopa aktivnosti metabolizma snižena. Tokom dormancije, životinje imaju manju potrebu za hranom, što znači da je dormancija odlična prilagođenost na zimske uslove kada je hrana najčešće nedostupna. Zavisno od trajanja, dormanciju možemo podeliti na pet stanja: spavanje, torpor (plitka obamrlost), hibernacija, zimski san i estivacija (letnji san).

Hibernacija i zimski san

Ujesen životinje se pripremaju za zimski san tako što jedu više hrane nego obično i skladište je u vidu telesne masti, koju koriste kao izvor energije tokom spavanja. Većina njih svoje jazbine ispunjava zalihama hrane kako bi mogla da jede i tokom zime. Hibernacija, koja se naziva i zimska dormancija, traje od nekoliko nedelja do nekoliko meseci. Česta je kod sisara, i to glodara, bubojeda i slepih miševa. Hibernacija je posebna vrsta veoma dubokog sna i predstavlja stanje neaktivnosti i metaboličke depresije kod endoterma, organizama koji imaju sposobnost da se samostalno održavaju. Metabolička depresija je adaptivni biološki proces, odgovoran za čuvanje energije u organizmu, tokom kojeg telesna temperatura životinje opada a krvni pritisak, disanje i metabolizam se usporavaju.

Može da traje nekoliko dana, nedelja, meseci, što zavisi od samih vrsta, temperature okoline, godiš- njeg doba i individualnih telesnih uslova. Kada osete unutrašnje biološke satove i promene u prirodi, poput kraćih dana, pravi hibernatori znaju da je vreme za zimski san. Iz njega se ne mogu lako probuditi; ako ih silom probudimo, oni će se kretati vrlo sporo i biće ukočeni. Razlika između hibernacije i zimskog sna je u tome što, tokom zimskog sna, telesna temperatura pada za samo nekoliko stepeni u odnosu na normalnu temperaturu tela. Slepi miševi su toplokrvne životinje ali, za razliku od većine toplokrvnih životinja, održavaju telesnu temperaturu samo kada su aktivni.

Tokom dana, dok se odmaraju, oni dozvoljavaju da telesna temperatura padne na temperaturu sredine. Ako je sredina hladna, oni ulaze u neaktivno stanje, gde su sva kretanja suspendovana. Tokom torpora, metabolizam opada, omogućavajući životinji da sačuva energiju. Torpore je uglavnom karakterističan za poikilotermne životinje gde, usled niže temperature sredine, dolazi do usporavanja metabolizma i sniženja telesne temperature. U hladnijim krajevima mnogi slepi miševi ulaze u hibernaciju.Temperatura tela im opada na nešto manje od 10 °C, dok temperatura nekih može opasti neznatno ispod tačke mržnjenja. Najniža zabeležena temperatura tela slepog miša u hibernaciji je 5°C. Puh je vrsta sitnog noćnog glodara. Sa prvim jesenjim mrazevima, puhovi se povlače u duplje drve a ili rupe u zemlji, repom pokriju glavu i sklupčaju se. Puhovi hiberniraju čak 6-7 meseci, a u proleće se bude čak 50% lakši.

Riba sa „antifrizom”

Do sada se verovalo da samo neki sisari određeni deo godine provedu hibernirajući. Međutim, naučnici su pronašli ribu koja je sposobna da dođe do tog stanja. Reč je o antarktič- koj ribi Notothenia coriiceps. Ona to kom zime legne na dno mora, uspori proces rasta, metabolizam i sve druge aktivnosti i ulazi u dremljivo stanje. Ova riba, u vreme leta, maksimalno se hrani i maksimalno raste, dok je zimi sasvim pasivna. Zanimljiva stvar u vezi ove ribe je to što ona, u vreme zime, sasvim uspori svoj metabolizam iako se temperatura mora ne spusti mnogo. Nije uobičajeno da male temperaturne razlike prouzrokuju toliko usporavanje metabolizma.

Osim što može ući u stanje hibernacije, ova riba ima još jedan način prilagođavanja na ekstremne uslove okoline. Ona u krvi ima hemikalije slične antifrizu, zbog čega se doslovno može „staviti na led”. Hladnokrvne životinje poput zmija, riba, žaba i kornjača zimi nikako ne mogu da održe telo toplim. Tokom zimskog perioda su sakrivene i takođe su u svojevrsnoj hibernaciji. One nalaze sklonište u rupama i jazbinama provodeći hladne periode neaktivne ili uspavane, što predstavlja stanja slična hibernaciji. Postoje primeri poput šumske žabe (Rana sylvatica) koja može preživeti smrzavanje i do 65% svojih telesnih tečnosti. Kako zima polako prolazi, sneg se topi, toplota polako ulazi u sklonište žabe. Još se uvek ne zna kako žaba pokreće svoje srce jednom kada se led otopi.

Najpre se otopi srce pa mozak, a na kraju i udovi. U samo nekoliko sati žaba se iz stanja nalik smrznutom sladoledu vraća u život i veselo skakuće u potrazi za hranom. Zbog brzog buđenja u proleće može da se pari i položi jajašca na dobra mesta koja još nisu zauzeta. Komarci umerenih predela su razvili uspešan mehanizam za prezimljavanje na stadijumu jaja, larvi ili adulta. Neke vrste prezimljavaju u više različitih stadijuma, npr. u larvenom i stadijumu jaja.

Nekoliko faktora, pre svega nadmorska visina (hladnoća) i hidrološki uslovi (suše) determinišu dužinu trajanja hibernacije što se može razlikovati kod iste vrste, u zavisnosti od nadmorske visine. U slučaju zimskog sna, mnoge životinje se periodično bude tokom zime (neke jednom nedeljno, a neke svakih nekoliko nedelja) kako bi obavile nuždu. Što se tiče regulacije telesne temperature, ona je snižena. Ukoliko dođe do pada temperature na opasno niske granice, životinje povećavaju svoju stopu metabolizma te se na taj način zagrevaju. Međutim, životinje se ne smeju prečesto buditi, jer svako budno razdoblje troši rezerve energije pa bi se moglo dogoditi da se u proleće i ne probude.

Uprkos raširenom mišljenju, hibernacija nije prisutna među velikim sisarima, poput medveda. Kod njih se radi o zimskom snu. Iako medved nedeljama spava u svom skrovištu tokom zime i za to vreme metabolički otpad skladišti u svom telu, nećete se dobro provesti kada ga uznemirite. Naime, medved se vrlo brzo može razbuditi i postati aktivan, a malo ko bi hteo da doživi bliski susret s čangrizavim medvedom kojeg ste upravo trgli iz zimskog sna. Ježevi ulaze u zimski san kada temperatura padne na 15 stepeni. Oni nisu pravi hibernatori - odlaze na spavanje kada padne temperatura ili kada više nemaju hrane, a iz sna se lako bude. Jež spava 3-4 meseca

Životinje kao vozila

Neke životinje (pomenuta žaba, ribe, insekti) imaju sličnu strategiju jer u svojim telesnim tečnostima imaju jedinjenja koji deluju kao antifriz. Kod zglavkara je to glicerol koji tačku smrzavanja telesnih tečnosti može spustiti i do -17°C. Osim antifriza, insekti imaju još jednu sposobnost - super smrzavanje (eng. supercooling). Radi se o stanju u kojem se telesne tečnosti ohlade na temperature ispod tačke smrzavanja, ali ostanu nesmrznute zato što se kristali leda ne formiraju (ne stvaraju se centri nukleacije, mesta na kojima počinje formacija kristala leda).

 Ostati aktivan

Treba pomenuti i one životinje koje ostaju aktivne tokom zime. Uglavnom se radi o sisarima (vuk, ris, srna, jelen...) i manjem broju ptica koje su ostale u ovim krajevima (većina ih zimi migrira u toplije krajeve).

 Biljke i zimski san

Osim životinja, i neke vrste biljaka padaju u zimski san. Takvo je, na primer, listopadno drveće. Neposredno pre zimskog perioda, kada je temperatura niža i broj sunčanih sati tokom dana se smanjuje, lišće ovih biljaka opada. Godovi na stablima su jedna od posledica zimskog sna, zato što je i rast drveća ubrzaniji tokom letnjeg perioda, kada su uslovi za proizvodnju hrane bolji. Dvogodišnje i višegodišnje zeljaste biljke, poput šargarepe, pre zimskog perioda odbacuju osetljive delove koji se nalaze iznad površine zemlje i koji se obnavljaju kada nastupe topliji vremenski uslovi.

TOKOM ZIMSKOG SNA, DISANJE LEMURA MOŽE DA SE SMANJI NA SVEGA JEDAN UDAH NA SVAKIH 20 MINUTA, A RITAM OTKUCAJA SRCA PADA SA NORMALNIH 200 U MINUTU, NA SAMO 4 OTKUCAJA U MINUTU! 

Mogu li ljudi da „hiberniraju”?

Debelorepi patuljasti lemuri su jedini primati koji upadaju u zimski san. Lemuri su jedinstveni zbog toga što mogu da prođu kroz period koji može da traje do osam meseci, bez dubokog sna. Tajna lemurovog dugog spavanja mogla bi biti u REM fazi sna. Naučnici imaju teoriju da ove životinje prolaze isključivo kroz REM fazu, tokom celog perioda spavanja, dok prosečan odrasli čovek, na primer, na to potroši oko 20 do 25 odsto vremena. Međutim, pošto REM faza nema onaj okrepljujući efekat na organizam, čini se da lemuri zapravo uopšte ne spavaju. Ako oduzmete životinjama ne-REM faze sna, one će uginuti, a ipak lemuri više od pola godine mogu da provedu bez dubokog sna i ostanu živi.

Zbog toga što su lemuri genetski slični ljudima, jednog dana bi možda mogli da nas poduče veštini zimskog sna, što bi otvorilo nove mogućnosti u oblasti svemirskih putovanja i moderne medicine. Tokom zimskog sna, disanje lemura može da se smanji na svega jedan udah na svakih 20 minuta, a ritam otkucaja srca pada sa normalnih 200 u minutu, na samo 4 otkucaja u minutu! Kada bi čovek mogao da učini isto, pacijent kojem je potrebna transplantacija mogao bi, u ovom stanju, da dugo čeka na svog donatora. Slična stvar bi mogla imati primenu i kod povređenih vojnika ili astronauta koji moraju da provedu godine putujući do svog odredišta. Zanimljiva je i činjenica da medvedi, kad u proleće izađu iz svojih jazbina nakon višemesečnog zimskog sna, uošte ne gube na mišićnoj i koštanoj masi što bi, kako se pretpostavlja, kod ljudi svakako bio slučaj da se toliko dugo ne kreću.

Naučnici smatraju da, kad bismo mogli da otkrijemo genetske i molekularne osnove zaštite koju medvedi imaju i mehanizme koji stoje iza redukcija u metaboličkim potrebama, moguće bi bilo izvesti nove revolucionarne terapije za sprečavanje osteoporoze i atrofije mišića. A nije isključeno da bi se ljudi koji boluju od teških bolesti ili su u teškim i hitnim stanjima - mogli staviti u svojevrsno stanje hibernacije dok se ne dovezu do mogućih zdravstvenih centara i time do najbolje nege.

Lekarima u bolnici u Pitsburgu odobren je 2014. projekat koji im daje priliku da pokušaju da spasu pacijente tako što će ih staviti u stanje između života i smrti. Predviđeno je da se metoda isproba samo na ljudima kod kojih je srce prestalo da radi i ne reaguju na pokušaje reanimacije. Proces se sastoji od toga da se iz tela izvuče sva krv i da se, umesto nje, kroz vene ubaci hladan fiziološki rastvor kako bi brzo snizili temperaturu tela sa normalnih 37 stepeni na samo 10.

Tada bi pacijent bio klinički mrtav, što bi lekarima trebalo da omogući oko dva sata da saniraju povrede. Prednosti hlađenja tela su poznate odranije. Ćelije su gladne energije i zahtevaju stalan dotok kiseonika. Kada prestane da kuca srce, ćelije ubrzo počnu da odumiru.

Mozak je posebno osjetljiv u ovom slučaju. Međutim, sa sniženom temperaturom tela, usporavaju se takve reakcije i metabolizam se praktično zaustavlja, što smanjuje potrebu za kiseonikom tako da pacijent može da izdrži više sati u takvom stanju. Ako hirurzi u tom vremenskom intervalu saniraju povrede, opet bi pokušali da vrate krv pacijenta i podignu temperaturu kako bi ponovo uspostavili vitalne funkcije.

Dr Ana Paunović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"