Hibernálás - Hibernation
A hibernáció a minimális aktivitás és az anyagcsere -depresszió állapota . A hibernáció szezonális heterotermia, amelyet alacsony testhőmérséklet, lassú légzés és szívfrekvencia, valamint alacsony anyagcsere jellemez . Leggyakrabban a téli hónapokban fordul elő .
Bár hagyományosan a "mély" hibernátorok, például rágcsálók számára van fenntartva , a kifejezést újradefiniálták, hogy olyan állatokat is tartalmazzanak, mint a medvék, és most az aktív anyagcsere -elnyomás alapján alkalmazzák, és nem a testhőmérséklet abszolút csökkenését. Sok szakértő úgy véli, hogy a napi kínlódás és a hibernáció folyamata folytonosságot képez, és hasonló mechanizmusokat alkalmaz. A nyári hónapok megfelelője az esztétikálás .
A hibernált energiatakarékos funkció, ha nincs elegendő étel. Az energiatakarékosság elérése érdekében az endoterm állatok csökkentik az anyagcserét és ezáltal a testhőmérsékletet. A hibernáció napokig, hetekig vagy hónapokig is eltarthat-a fajtól, a környezeti hőmérséklettől, az évszaktól és az egyén testi állapotától függően. A hibernációba való belépés előtt az állatoknak elegendő energiát kell tárolniuk ahhoz, hogy nyugalmi időszakukban, esetleg egy teljes télig tarthassanak. A nagyobb fajok hiperfagiássá válnak , nagy mennyiségű ételt esznek és az energiát zsírlerakódásokban tárolják. Sok kis fajnál az élelmiszer gyorsítótárazása felváltja az evést és a kövérséget.
Néhány emlősfaj hibernálás közben vemhes fiatal, ami születik sem, míg az anya hibernálás vagy röviddel utána. Például a nőstény fekete medvék téli időszakban hibernálnak, hogy megszüljék utódaikat. A terhes anyák jelentősen megnövelik testtömegüket a hibernáció előtt, és ez a növekedés tovább tükröződik az utódok súlyában. A zsírfelhalmozás lehetővé teszi számukra, hogy kellően meleg és tápláló környezetet biztosítsanak újszülöttjeik számára. A hibernálás során a későbbiekben elveszítik a hibernálás előtti súlyuk 15–27% -át, ha tárolt zsírokat használják fel energiaként.
Az ektoterm állatok anyagcsere -szupressziós és nyugalmi időszakokon is átesnek , amelyeket sok gerinctelennél diapause -nak neveznek. Egyes kutatók és a nyilvánosság tagjai a brumate kifejezést használják a hüllők téli nyugalmi állapotának leírására, de az általánosabb hibernáció kifejezés megfelelőnek tekinthető minden téli nyugalomra. Sok rovar, például a darázs Polistes exclamans nyugalmi időszakokat mutat, amelyeket ektotermia ellenére gyakran hibernációnak neveznek. A botanikusok a "mag hibernáció" kifejezést használhatják a magvak nyugalmi állapotára .
| Egy sorozat része |
| Állati nyugalom |
|---|
 |
Emlősök
Az emlősök hibernációját leíró kifejezéseknek sokféle definíciója létezik, és a különböző emlős kládok eltérően hibernálnak. A következő alfejezetek a kötelező és fakultatív hibernálás feltételeit tárgyalják . Az utolsó két szakasz különösen a főemlősökre mutat rá, akik közül egyiknek sem gondolták, hogy a közelmúltig hibernál, és a medvékre, akiknek a téli forradalmát a 20. század végén vitatták, hogy nem "igazi hibernáció", mivel ez nem hasonlít a rágcsálók.
Kötelező hibernálás
A kötelező hibernátorok olyan állatok, amelyek spontán, évente hibernált állapotba kerülnek, függetlenül a környezeti hőmérséklettől és az élelmiszerekhez való hozzáféréstől. Obligát hibernators között számos faj ürgék , egyéb rágcsálók , egér maki , európai sün és más rovarevő , kloákások és erszényesek . Ezek a fajok a hagyományosan "hibernációnak" nevezett fiziológiai állapoton mennek keresztül: a testhőmérséklet a környezeti hőmérséklet közelébe csökken, és a szív és a légzés sebessége drasztikusan lelassul.
A kötelező hibernátorok tipikus téli szezonjára jellemzőek az időszakos, eutermikus izgalmakkal megszakított gyötrelmek, amelyek során a testhőmérséklet és a pulzusszám visszaáll a jellemzőbb szintre. Ezen izgalmak oka és célja még mindig nem világos; az a kérdés, hogy a hibernátorok miért térhetnek vissza rendszeresen a normál testhőmérsékletre, évtizedek óta foglalkoztatja a kutatókat, és bár még mindig nincs egyértelmű magyarázat, több hipotézis is van a témában. Az egyik kedvelt hipotézis az, hogy a hibernátorok " alvásadósságot " okoznak a hibernálás során, ezért időnként fel kell melegíteniük az alvást. Ezt bizonyítékok támasztják alá az északi sarkvidéki mókusban . Más elméletek szerint a rövid, magas testhőmérsékletű időszakok hibernálás során lehetővé teszik az állat számára, hogy helyreállítsa rendelkezésre álló energiaforrásait, vagy immunválaszt indítson.
A hibernáló sarkvidéki mókusok hasi hőmérséklete akár -2,9 ° C (26,8 ° F) is lehet, és egyszerre több mint három hétig tarthatja a nulla alatti hasi hőmérsékletet, bár a fej és a nyak hőmérséklete továbbra is 0 ° C ( 32 ° F) vagy magasabb.
Fakultatív hibernáció
A fakultatív hibernátorok csak akkor lépnek hibernált állapotba, ha vagy hideg stresszes, élelemhiányosak, vagy mindkettő, ellentétben a kötelező hibernátorokkal, akik inkább a szezonális időzítési jelek alapján lépnek a hibernációba, mint a környezetből származó stresszhatásokra adott válaszként.
Jó példa a két hibernáció közötti különbségre a préri kutyákon látható :
- A fehérfarkú prérikutya egy obligát hibernator.
- A szorosan kapcsolódó társas prérikutya egy fakultatív hibernator.
Főemlősök
Míg a hibernációt már régen rágcsálóknál (nevezetesen talajmókusoknál ) tanulmányozták, egyetlen főemlősről vagy trópusi emlősről sem tudtak hibernálni, amíg a hibernációt felfedezték a madagaszkári kövérfarkú törpelemúrban, amely az év hét hónapjában a falyukakban hibernál. A madagaszkári téli hőmérséklet néha 30 ° C (86 ° F) fölé emelkedik, így a hibernálás nem kizárólag az alacsony környezeti hőmérséklethez való alkalmazkodás.
Ennek a lemúrnak a hibernációja erősen függ a falyuk termikus viselkedésétől: Ha a lyuk rosszul szigetelt, a lemúr testhőmérséklete széles körben ingadozik, passzívan követve a környezeti hőmérsékletet; ha jól szigetelt, a testhőmérséklet meglehetősen állandó marad, és az állat rendszeresen izgat. Dausmann találtuk, hogy hypometabolism a téli álmot állatok nem szükségszerűen párosul az alacsony testhőmérséklet.
Medvék
A történelem során felmerült a kérdés, hogy a medvék valóban hibernálnak -e, vagy sem, mivel a testhőmérséklet mérsékelt csökkenését (3–5 ° C) tapasztalják a többi hibernátorban tapasztalt sokkal nagyobb (gyakran 32 ° C vagy annál magasabb) csökkenéshez képest. Sok kutató úgy gondolta, hogy mély alvásuk nem hasonlítható össze a valódi, mély hibernációval, de a 2011 -es kutatás cáfolta ezt az elméletet a fogságban tartott fekete medvéknél, majd 2016 -ban ismét egy barna medvékről szóló tanulmányban.
A hibernáló medvék képesek újrahasznosítani a fehérjéket és a vizeletet, lehetővé téve számukra, hogy hónapokig leállítsák a vizelést, és elkerüljék az izomsorvadást . Hidratáltak maradnak a metabolikus zsírral, amely elegendő mennyiségben termelődik, és kielégíti a medve vízigényét. Hibernálás közben sem esznek és nem isznak, és zsírraktárukból élnek. A hosszú távú tétlenség és a táplálékbevitel hiánya ellenére a hibernált medvék fenntartják csonttömegüket, és nem szenvednek csontritkulásban. Emellett növelik bizonyos esszenciális aminosavak hozzáférhetőségét az izomzatban, valamint szabályozzák az izomsorvadást korlátozó gének átírását. Egy tanulmányban, amelyet G. Edgar Folk, Jill M. Hunt és Mary A. Folk végeztek, a tipikus hibernátorok EKG -ját három különböző medvefajhoz hasonlították az évszak, az aktivitás és a nyugalom tekintetében, és megállapították, hogy a csökkentett relaxációs (QT) intervallum a kis hibernátorok száma azonos volt a három medvefaj esetében. Azt is megállapították, hogy a tipikus hibernátorok és a medvék QT -intervalluma megváltozott nyártól télig. Ez az 1977 -es tanulmány volt az egyik első bizonyíték arra, hogy a medvék hibernátorok.
Egy 2016 -os tanulmányban, amelyet a vadon élő állatorvos és az Inland Norway Applied Sciences egyetemi docens végzett , Alina L. Evans 14 barna medvét kutatott három tél alatt. Mozgásukat, pulzusukat (HR), pulzusváltozásukat (HRV), testhőmérsékletüket (T b ), fizikai aktivitásukat, környezeti hőmérsékletüket (T A ) és hómélységüket mértük, hogy azonosítsuk a hibernáció kezdetét és végét medvék. Ez a tanulmány építette fel az ökológiai és élettani események első időrendjét a téli hibernáció kezdetétől a végéig. Ez a kutatás megállapította, hogy a medvék a hó megérkezésekor belépnek az odújukba, és a T A 0 ° C -ra csökkent, de akár néhány héttel azelőtt, hogy beléptek a barlangjukba, az Activity, HR és T b lassan csökkenni kezdett. HRV -jük egyszer drámaian csökkent az odújukban, ami közvetve arra utal, hogy az anyagcsere -elnyomás összefügg a medvék hibernációjával. A hibernáció vége felé és két hónappal az ébredés előtt a medvék T b emelkednek, nem kapcsolódnak a HRV -hez, hanem inkább a T A hajtják . A HRV csak körülbelül három héttel az ébredés előtt nő, és a medvék csak akkor hagyják el odújukat, ha a külső hőmérséklet alacsonyabb kritikus hőmérsékleten van. Ezek az eredmények arra engednek következtetni, hogy a medvék termokonformálnak, és a medvék hibernálását környezeti jelek vezérlik, de az izgalmat fiziológiai jelek vezérlik.
Madarak
Az ókori emberek azt hitték, hogy a fecskék hibernáltak, és Gilbert White ornitológus anekdotikus bizonyítékokat dokumentált 1789 -ben, a Selborne -i természettörténet című könyvében, amelyek azt jelzik, hogy a hit még aktuális volt a maga idejében. Ma már tudjuk, hogy a túlnyomó többsége a madárfajok jellemzően nem hibernálni, ahelyett felhasználásával mélyálomba .Egy ismert kivétel a téli estifecske ( Phalaenoptilus nuttallii ), amelyre hibernáció először dokumentálni Edmund Jaeger .
Nyugalom és fagyás ektotermákban
Mivel nem tudják aktívan csökkenteni testhőmérsékletüket vagy anyagcseréjüket, az ektoterm állatok (beleértve a halakat, hüllőket és kétéltűeket) nem tudnak hibernálni. A hidegebb környezethez vagy az alacsony oxigénellátottsághoz ( hipoxia ) társuló csökkent anyagcsere -sebességet tapasztalhatnak, és nyugalmi állapotot (brumáció) ismernek. Korábban azt hitték, hogy a cápák letelepedtek az Északi -tenger fenekén, és szunnyadtak, de David Sims 2003 -as kutatása eloszlatta ezt a hipotézist, és azt mutatta, hogy a cápák hosszú utakat tettek meg az évszakok során, és nyomon követték a legnagyobb planktonmennyiségű területeket. . Az Epaulette cápák dokumentáltan képesek három órán keresztül túlélni oxigén nélkül és akár 26 ° C (79 ° F) hőmérsékleten, mint a túlélés eszközei a partvidéki élőhelyükön, ahol a víz és az oxigén szintje az árral együtt változik. Más állatok, amelyek hosszú ideig képesek túlélni nagyon kevés oxigént vagy egyáltalán nem, az aranyhal , a vörösfülű csúszkák , a fából készült békák és a rúdfejű libák . A hipoxiás vagy anoxikus állapotok túlélésének képessége nincs szoros kapcsolatban az endoterm hibernációval.
Néhány állat szó szerint túléli a telet fagyással. Például egyes halak , kétéltűek és hüllők természetesen megfagyhatnak, majd tavasszal "felébredhetnek". Ezek a fajok kifejlesztették a fagytolerancia mechanizmusát, például a fagyálló fehérjéket .
Hibernálás indukciós trigger
A hibernáció indukciós trigger (HIT) némileg téves megnevezés. Bár a kilencvenes években végzett kutatások arra utaltak, hogy álmukban a tébolyodott állattól vett vér injekciójával tüzet okozhatnak, további kutatások nem tudták reprodukálni ezt a jelenséget. Annak ellenére, hogy nem képes torporot kiváltani, vannak olyan anyagok a hibernátorok vérében, amelyek védelmet nyújthatnak a szervek számára az esetleges transzplantáció érdekében. A kutatók HIT segítségével meghosszabbíthatták egy elszigetelt disznószív életét. Ennek potenciálisan fontos következményei lehetnek a szervátültetésre , mivel lehetővé teheti, hogy a szervek akár 18 órán keresztül túléljék az emberi testet. Ez nagy előrelépés lenne a jelenlegi 6 órához képest.
A feltételezett HIT keveréke származó vérszérum, beleértve legalább egy opioid -szerű anyagot. A DADLE egy opioid, amely néhány kísérletben hasonló funkcionális tulajdonságokkal rendelkezik.
Emberben
A kutatók tanulmányozták, hogyan lehet kiváltani a hibernációt az emberekben. A hibernálási képesség számos okból hasznos lehet, például súlyos betegek vagy sérültek életének megmentése azáltal, hogy ideiglenesen hibernált állapotba hozzák őket a kezelés megkezdéséig. Az űrutazásnál az emberi hibernációt is figyelembe veszik, például a Marsra irányuló küldetéseknél .
A régészek azt is vizsgálják, hogy lehetséges -e a hibernáció a korai hominid fajoknál.
Lásd még
- Nyugalmi állapot
- Kábulat
- Téli pihenés
- Kriobiológia
- Karolina Olsson , "Oknö Csipkerózsika"
- ObjectiveSql , lásd github
Hivatkozások
További irodalom
- Carey, HV; Andrews, MT; Martin, SL (2003). "Az emlősök hibernációja: sejtes és molekuláris válaszok a depressziós anyagcserére és az alacsony hőmérsékletre". Fiziológiai vélemények . 83. (4): 1153–1181. doi : 10.1152/physrev.00008.2003 . PMID 14506303 .
- "Hibernálás". McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology . 1–20 (11. kiadás). McGraw-Hill. 2012.