Торпор - Torpor

Торпор - это состояние пониженной физиологической активности животного, обычно характеризующееся пониженной температурой тела и снижением скорости обмена веществ . Оцепенение позволяет животным пережить периоды ограниченной доступности пищи. Термин «оцепенение» может относиться к времени, которое человек в спячке проводит при низкой температуре тела от нескольких дней до недель, или он может относиться 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 ) и некоторые млекопитающие, в том числе многие виды сумчатых , грызунов (например, мыши ) и летучие мыши . 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.

Некоторые животные периодически находятся в состоянии длительного бездействия с пониженной температурой тела и снижением обмена веществ, состоящих 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.

Торпор - это хорошо контролируемый процесс терморегуляции, а не результат отключения терморегуляции, как считалось ранее. Сумчатые вялости отличаются 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 животных неизвестен, но, похоже, не зависит от коричневой жировой ткани.

Эволюция

Развитие оцепенения, вероятно, сопровождало развитие гомеотермии . 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. Такая адаптация повышения температуры тела к корму наблюдалась у мелких ночных млекопитающих, когда они впервые просыпаются вечером.

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. 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, похожего на спячку, у позвоночных животных.

Функции

Снижение скорости метаболизма для сохранения энергии в периоды нехватки ресурсов - это в первую очередь отмеченная цель оцепенения. Этот вывод в значительной степени основан на лабораторных исследованиях, в которых наблюдалось оцепенение после голодания. Имеются данные о других адаптивных функциях оцепенения в тех случаях, когда животные наблюдаются в естественных условиях:

Циркадный ритм при оцепенении

Животные, которые могут впадать в оцепенение, полагаются на биологические ритмы, такие как оцепенение, для продолжения естественных функций. Разные животные по-разному управляют своим циркадным ритмом, 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 и медведи, 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.

Сохранение жира у мелких птиц

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 запасы жира на оставшуюся часть их миграции.

Эта стратегия использования оцепенения для увеличения жировых отложений также наблюдалась у зимующих цыплят. 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

Оцепенение может быть стратегией животных с непредсказуемыми запасами пищи. Например, грызуны, живущие в высоких широтах, сезонно используют оцепенение, когда не размножаются. Эти грызуны используют оцепенение как средство, чтобы пережить зиму и выжить, чтобы размножаться в следующем цикле воспроизводства, когда источники пищи изобилуют, отделяя периоды оцепенения от периода воспроизводства. Некоторые животные впадают в оцепенение во время репродуктивного цикла, что видно в непредсказуемых средах обитания. Им приходится платить за длительный период воспроизводства, но расплата за возможность вообще воспроизводиться - выживание.

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

Выживание во время массовых вымираний

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

Межвидовая конкуренция

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

Устойчивость к паразитам летучими мышами

Было показано, что снижение температуры из-за оцепенения снижает способность паразитов к размножению. У эктопаразитов летучих мышей в зонах умеренного климата снижается репродуктивная 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

В 2013 году SpaceWorks Engineering начала искать способ резко сократить расходы на экспедицию человека на Марс, поместив экипаж 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.

Languages

In other projects