Uspavani meteorolog

Sezonske promene koje dovode do usporavanja metabolizma i snižene telesne temperature široko su rasprostranjene u životinjskom carstvu. To su esencijalne adaptacije koje omogućavaju životinjama da prebrode surove zime i smanjenu dostupnost hrane.

Medvedi mogu preživeti bez hrane mesecima, a neke vrste kornjača mogu da izdrže preko 100 dana bez disanja! Prema narodnim predanjima, pojedini sisari sposobni su i da predvide dolazak proleća! Kako je sve ovo moguće?

Misterija ovih drastičnih fizioloških promena bez gubitka mišićne mase, gustine kostiju i moždanih ćelija još nije sasvim osvetljena. Da li se odgovori na naša pitanja kriju u senci jednog mrmota?

Od hladne do tople krvi

Sposobnost dormancije (uspavanog stanja) u tesnoj je vezi sa načinom na koji reptili regulišu svoju telesnu temperaturu i metabolizam, što je potpuno drugačije od načina na koji to rade sisari. Često o gmizavcima govorimo kao o hladnokrvnim životinjama, međutim, oni su ektotermi – ne mogu da generišu sopstvenu telesnu temperaturu, već zavise od spoljne. Jedna od velikih prednosti ove strategije je da oni zahtevaju mnogo manje hrane za pokretanje svog metabolizma. Mnoge vrste čak imaju periodične dnevne torpore (stanja smanjenog metabolizma) koji, slično hibernaciji, usporavaju disanje i otkucaje srca.

S druge strane, toplokrvni sisari (endotermi) generišu sopstvenu telesnu temperaturu putem metaboličkih procesa (npr. drhtanje). Zato im je neophodno dovoljno nutrijenata da se suprotstave efektima hladnoće.

Kako se tako energetski zahtevna bića suočavaju sa dugotrajnom oskudicom hrane?

Priča o hibernaciji vodi nas 250 miliona godina u prošlost. Tada je hladnim područjem, koje će postati Antarktik, hodao listrosaurus – neobičan sinapsid (kičmenjak nalik reptilima, grupa koja obuhvata sisare i njihove izumrle pretke) sa kljovama na gornjoj vilici. Iako je u ovom periodu planeta bila toplija, ekosistemi unutar antarktičkog kruga imali su duga razdoblja bez sunčeve svetlosti. Analizom rasta kljova listrosaurusa, naučnici su otkrili zone „stresa”, tzv. hibernacijske zone, koje ukazuju na duže periode torpora, što im je omogućilo da prežive ekstremne uslove.

Ilustracija listrosaurusa

Izvor: https://images.ctfassets.net/cnu0m8re1exe/6O4cr4KwalhoVwU09W7Z4D/537bb97cc6b6766ee49b63338a2c6c6d/C0354174-Lystrosaurus_therapsids__illustration.jpeg?fm=jpg&fl=progressive&w=660&h=433&fit=fill

Smatra se da sinapsidi poput listrosaurusa predstavljaju prelaznu fazu između hladnokrvnih i toplokrvnih životinja. Sami su bili endotermi, ali zadržali su sposobnost da menjaju sopstvenu telesnu temperaturu, poput reptila. Dakle, hibernacija bi mogla biti karakteristika nasleđena od naših hladnokrvnih predaka.

Recept za domaću hibernaciju

Hibernacija kod sisara uključuje ciklične periode torpora i kratke intervale buđenja. Tokom njih, telo se vraća na normalne funkcije, uključujući obnovu ključnih procesa kao što su transkripcija i translacija, sinteza novih proteina i stimulisanje imunog sistema radi zaštite organizma od patogena.

Ponašanja inherentna hibernaciji, kao što su višemesečni periodi bez hrane ili smanjenje telesne temperature skoro do tačke smrzavanja, fatalna su za životinje koje ne padaju u zimski san. Da bi shvatili kako hibernatori preživljavaju ove promene, istraživači su se okrenuli njihovim genomima. Otkrili su da hibernacija zavisi od gena koji se uključuju i isključuju u jedinstvenim obrascima tokom godine podešavajući fiziologiju i ponašanje životinja. Aktiviranje gena odgovornih za metabolizam masti omogućava im da koriste zalihe masti kao gorivo tokom dugih perioda gladovanja.

Ali, da li životinje uopšte osećaju glad tokom hibernacije? Odgovor je ne!

Tokom leta, oni utrostručuju unos hrane kako bi povratili težinu izgubljenu tokom hibernacije. Međutim, nekoliko nedelja pre hibernacije dolazi do perioda anoreksije, kada životinje drastično smanjuju unos hrane, čak i kada je ona dostupna. Koordinacija gladi i sitosti je ključna za opstanak životinja, jer prerano izlaženje iz hibernacije radi traženja hrane može poremetiti druge fiziološke procese.

Mrmot tokom leta

Izvor: https://westchesterwildlife.com/wp-content/uploads/2022/06/Groundhog-standing-on-the-porch.jpg

Senka jednog meteorologa

Svakog februara, na hiljade ljudi se okuplja kako bi prisustvovali ceremonijalnoj vremenskoj prognozi. Drugog dana u mesecu, nju vodi životinja koja je usavršila sposobnost hibernacije svojih reptilskih predaka – mrmot Fil. Na Sretenje, o vremenu izveštavaju i naši dežurni meteorolozi – medvedi Uroš i Miša. Prema legendi, ako ugledaju svoju senku, zima će trajati još šest nedelja. U suprotnom, očekuje se brz dolazak proleća. Ovi običaji potiču iz nemačkog folklora, gde su životinje koje hiberniraju bile smatrane predskazivačima vremenskih promena.

Mrmot Fil

Izvor: https://gdb.voanews.com/01000000-0a00-0242-d2bf-08dc235d67ec_cx0_cy8_cw0_w1023_r1_s.jpg

Mrmoti, međutim, imaju alternativan motiv za rano napuštanje jazbine – oni su u potrazi za partnerkama! Nakon što istraže okolinu, vraćaju se na još nekoliko nedelja hibernacije. Početkom marta, sa prirodom se bude i mrmoti. Tada na površinu izlaze i mužjaci i ženke spremni za upoznavanje.

Naučnici predlažu da su za njihov nepogrešivi biološki sat odgovorni taniciti. To su ćelije koje omogućavaju mozgu da odgovori na sezonske i periferne signale, pomažući organizmu da uskladi svoje fiziološke procese sa promenama u okolini. Zahvaljujući njima, hibernatori širom sveta podešavaju svoje unutrašnje budilnike na različito vreme – dok oni na severu mogu spavati i do sedam meseci, stanovnici južnijih krajeva su veći ranoranioci, njihova hibernacija traje samo dva meseca.

Iako njihove senke nisu zaista vesnici proleća, hibernatori narodnih legendi zaslužuju svoju reputaciju kao meteorolozi životinjskog carstva.

Izvori:

1. Groundhog, facts and photos. (2010, September 10). Animals. https://www.nationalgeographic.com/animals/mammals/facts/groundhog
2. Groundhogs Aren’t Looking for Their Shadow—They’re Scoping Out the Opposite Sex. (2015, February 2). Culture. https://www.nationalgeographic.com/culture/article/150201-groundhog-day-punxsutawney-pennsylvania-phil-holiday-winter
3. Mohr, S. M., Bagriantsev, S. N., & Gracheva, E. O. (2020). Cellular, Molecular, and Physiological Adaptations of Hibernation: The Solution to Environmental Challenges. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 36(1), 315–338.
4. Penny Ohara. (2016, June 2). Not just sleep: all about hibernation. Curious. https://www.science.org.au/curious/hibernation
5. Ross, A. J., Grow, R. C., Hayhurst, L. D., MacLeod, H. A., McKee, G. I., Stratton, K. W., Wegher, M. E., & Rennie, M. D. (2021). Broad-scale assessment of groundhog (Marmota monax) predictions of spring onset no better than chance. Weather, Climate, and Society.
6. Whitney, M. R., & Sidor, C. A. (2020). Evidence of torpor in the tusks of  Lystrosaurus from the Early Triassic of Antarctica. Communications Biology, 3(1).