Eduscience

Eduscience

W łagodne zimy samce niedźwiedzi zapadają tylko w przerywane drzemki.Fot. YellowstoneNPS, źródło: http://www.flickr.com/photos/yellowstonenps/8652909270/, dostęp 06.03.14

Stary niedźwiedź mocno śpi…, a raczej spał, bo właśnie się zbudził. Ale do rzeczy. W organizmie hibernującego niedźwiedzia zachodzą zagadkowe procesy. Naukowcy starają się zrozumieć mechanizmy, które nimi rządzą, upatrując w tym szansy na odkrycie nowych sposobów leczenia niektórych schorzeń ludzkich.

W czasie zimowego snu niedźwiedzie nie jedzą, nie piją, nie oddają moczu ani kału. Temperatura ich ciała spada z około 38 do 31°C, ilość oddechów z 6–10 na minutę do jednego na niecałą minutę, ilość uderzeń serca – z 40–50 uderzeń na minutę do 8–19. A wszystko to bez uszczerbku dla zdrowia! Jeśli weźmie się pod uwagę, że długość snu zimowego u niedźwiedzi żyjących na Alasce może trwać aż pół roku, robi to wrażenie. W Polsce niedźwiedzie brunatne zapadają w stan hibernacji na około 3 miesiące – od końca listopada do końca lutego. W tym roku z powodu bardzo ciepłej zimy nie wszystkie niedźwiedzie grzecznie spały w tym okresie. Na początku roku (4 stycznia) Stowarzyszenie dla Natury „Wilk” opublikowało film (pochodzący z tzw. wideopułapki), na którym widać samicę z trzema wesoło baraszkującymi młodymi (film można zobaczyć tutaj). Trzeba jednak podkreślić, że taka obserwacja jest rzadkością.  

Superhibernator czy hibernator podszywany?

Podczas snu zimowego funkcje życiowe niedźwiedzi ograniczają się do minimum. Dzięki temu zwierzę ma zmniejszone zapotrzebowanie na pokarm i picie, co umożliwia mu przetrwanie niekorzystnej pory roku – zimy, w której jest i chłodno i głodno.

Mniejsze ssaki, które też hibernują – susły – mają funkcje życiowe okrojone jeszcze bardziej – temperatura ich ciała spada w czasie hibernacji zaledwie do 4°C, przy czym jak zasną, śpią niczym zabite. To dlatego niektórzy mówią, że przy susłach niedźwiedzie trudno nazwać prawdziwymi hibernatorami. Inni jednak uważają je za superhibernatorów. W końcu susły co kilka dni muszą wybudzać się ze snu, podnieść temperaturę ciała, rozprostować kości, oddać mocz i uszczknąć coś niecoś ze swoich zachomikowanych zapasów. A niedźwiedzie śpią i już.

Nie jeść i nie pić przez kilka miesięcy?!

Niedźwiedzie to potrafią dzięki tzw. brunatnej tkance tłuszczowej, którą intensywnie gromadzą przed zapadnięciem w sen zimowy. Brunatny tłuszcz w porównaniu do naszego białego „sadełka” spala się szybciej i jest bardziej kaloryczny (jego spalenie dostarcza więcej energii).

Najważniejszą funkcją brunatnego tłuszczu jest dostarczanie ciepła organizmowi tkwiącemu w bezruchu, pozwala on również na szybkie podniesienie temperatury ciała podczas wybudzania z letargu.

W komórce tłuszczowej gromadzącej brunatny tłuszcz zamiast jednej kropli tłuszczu znajduje się wiele drobnych kropelek, a brunatne zabarwienie pochodzi od obecności bardzo licznych mitochondriów – organelli komórkowych, w których zachodzi spalanie różnych substancji, m.in. tłuszczu.

W czasie spalania tłuszczu oprócz energii powstaje woda, dzięki której zwierzę obywa się bez picia w czasie hibernacji.

Niedźwiedzie z miażdżycą?

Podczas hibernacji u niedźwiedzi znacznie wzrasta poziom cholesterolu i innych lipidów, powstających w wyniku „przerabiania” brunatnego tłuszczu. Stwierdzili to badacze, którzy pobrali do analizy krew niedźwiedzi brunatnych, które znajdowały się w różnych fazach –  przed hibernacją i w trakcie hibernacji. Te drugie miały na tyle wysokie stężenie badanych substancji we krwi, że zaczęto podejrzewać niedźwiedzie o skłonność do miażdżycy – choroby tętnic polegającej na tym, że w tętnicach gromadzą się lipidy, wśród nich cholesterol, co prowadzi do zapychania tętnic i bywa fatalne w skutkach.

Naukowcy zbadali niedawno tętnice kilkunastu niedźwiedzi, pobierając je z ciał osobników, które zginęły w wyniku polowań. I nie wykazano jakichkolwiek objawów chorobowych w tętnicach, najdrobniejszych nawet śladów miażdżycy! Teraz badacze głowią się nad tym, jak to możliwe i mają nadzieję, że wyniki ich dociekań pomogą medycynie w walce z miażdżycą u ludzi.

Nie je, nie rusza się i nie ma atrofii!

Energia i woda to nie wszystko. Hibernujący niedźwiedź ma obniżoną aktywność, żyje jednak, a jego organizm potrzebuje ciągłej dostawy białka do odbudowy własnego ciała i do produkcji enzymów. Skąd je bierze? Trawi własne mięśnie i organy, zbudowane głównie z białek.

Człowiek też potrafi trawić sam siebie, ta umiejętność ujawnia się w okresie niedożywienia lub w czasie umierania z głodu. Po dostarczeniu organizmowi pokarmu ludzki organizm nie potrafi jednak odbudować tkanek, które uległy atrofii, czyli zanikowi. Do atrofii mięśni dochodzi również z braku ruchu – u ludzi obłożnie chorych mięśnie zanikają.

Tymczasem u hibernujących niedźwiedzi, które nie jedzą i  nie ruszają się, nie dochodzi do atrofii, gdyż odzyskują one azot niezbędny do syntezy nowych białek, służących do odbudowy tkanek z własnych tkanek, które właśnie strawiły! Jak to się dzieje?

W wyniku trawienia białka budującego tkanki zwierzęce powstają odpady w postaci m.in. toksycznego mocznika, który normalnie usuwany jest z organizmu z moczem. U hibernujących niedźwiedzi mocznik przenika do przewodu pokarmowego, gdzie zostaje rozłożony prawdopodobnie z udziałem bakterii. Uwolniony z mocznika azot przenika następnie do krwiobiegu i jest ponownie wykorzystywany.

Pozbawienie niedźwiedzia męskości wpływa na  zaburzenie hibernacji

Na początku hibernacji samce niedźwiedzi mają niski poziom hormonów płciowych odpowiedzialnych za aktywność rozrodczą. Wraz z wydłużaniem się okresu hibernacji poziom testosteronu znacznie jednak wzrasta. Dlaczego? Przecież w tym czasie zwierzęta te nie rozmnażają się...

Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy przeprowadzili doświadczenie, drastyczne, dające jednak zaskakujące wyniki.

Do badań wybrano samce niedźwiedzia znajdujące się w stanie hibernacji. Wykastrowano je, czyli usunięto im jądra,  które produkują męskie hormony płciowe, a wśród nich testosteron.  Kastracja spowodowała więc gwałtowny spadek tego hormonu w organizmie. Niespodziewaną konsekwencją zabiegu były zaburzenia fizjologiczne hibernacji – wykastrowane niedźwiedzie zaczęły oddawać mocz.

Kiedy wykastrowanym nieszczęśnikom wstrzyknięto testosteron, niedźwiedziom powróciły funkcje typowe w tym względzie dla stanu hibernacji – utrzymywanie moczu.

Odpowiedni poziom hormonów jest niezbędny do prawidłowego przebiegu hibernacji.

Od skóry niedźwiedzia do stopy cukrzycowej

Badacze zgłębiający tajniki niedźwiedziej skóry także przeprowadzali drastyczne eksperymenty – robili nacięcia w skórze hibernujących niedźwiedzi. Powracali do niedźwiedziej gawry po trzech miesiącach i sprawdzali stan ran.

Ku wielkiemu ich zaskoczeniu okazało się, że skóra hibernujących niedźwiedzi ma niebywałą zdolność do szybkiego gojenia ran i to bez jakichkolwiek powikłań. We wszystkich wypadkach rany zagoiły się, zostawiając co najwyżej niewielką bliznę. Na ogół były też porośnięte nowym futrem. Stoi to w sprzeczności z faktem, że u większości ssaków przy obniżonej temperaturze ciała zdolność skóry do gojenia się znacznie maleje, spada również odporność na zakażenia – rany nie dość, że goją się długo, to często też zaczynają się „paprać”.

Naukowcy pobrali próbki skóry hibernujących niedźwiedzi do analizy. Starają się dowiedzieć, z czego wynika ta niebywała łatwość niedźwiedziej skóry do gojenia się. Mają nadzieję, że rozwikłanie tego sekretu może okazać się pomocne w leczeniu trudnego gojenia się ran, np. u cukrzyków. A sprawa jest poważna. Skrajnym wypadkiem u cukrzyków jest powikłanie, zwane stopą cukrzycową, które nierzadko kończy się amputacją chorej nogi.

O niedźwiedziach można by jeszcze długo pisać, ale w końcu wypada powiedzieć – stop!

W podpisach do zdjęć znajduje się sporo ciekawych informacji – zachęcam do ich przeczytania.

 

Tekst: dr Magdalena Puczko


Źródła:

Arinell K., Sahdo B., Evans A. L., Arnemo J. M., Baandrup U., Fröbert O. 2012. Brown bears (Ursus arctos) seem resistant to atherosclerosis despite highly elevated plasma lipids during hibernation and active state. Clin. Transl. Sci. 5(3): 269–72.

Hellgren E. C. 1998. Physiology of hibernation in bears.Ursus 10: 467–477.

Iaizzo P. A. , Laske T. G., Harlow H. J, McClay C. B., Garshelis D. L. 2012. Wound healing during hibernation by black bears (Ursus americanus) in the wild: elicitation of reduced scar formation. Integrative Zoology, 7 (1), 48–60.

Galeria zdjęć

2 Krajowa Konferencja Scientix "Dobre praktyki STEM"

Serdecznie zapraszamy na 2. Krajową Konferencję Scientix „Dobre Praktyki STEM” dla nauczycieli przedmiotów matematyczno-przyrodniczych, która odbędzie się w dn. 23-24.11.2018 r. w Warszawie. Zapisy właśnie ruszyły, a organizatorzy jak zwykle…

Czytaj więcej

Webinaria Scientix dla nauczycieli

Serdecznie zapraszamy na webinaria dla nauczycieli przedmiotów przyrodniczych. W cztery kolejne środy o godzinie 15.00 zabierzemy Państwa w podróż do świata nauki. Pokażemy ciekawe materiały do pracy z uczniami i zaprezentujemy różne sposoby…

Czytaj więcej

Zdrowe opalanie, czyli jakie?

Jak długo mogę się dziś opalać? To pytanie zadajemy sobie szczególnie w bardzo słoneczne dni. Czy możliwe jest wyznaczenie czasu opalania, w którym naszemu organizmowi dostarczymy dawkę promieniowania potrzebną do wytworzenia witaminy D3, a jednocześnie…

Czytaj więcej

Wakacyjna lektura dla nauczycieli

Zachęcamy do wpisania na swoją wakacyjną listę lektur dwóch nowych raportów dotyczących edukacji przyrodniczej. To idealne lektury letnie dla tych wszystkich, którzy zainteresowani są nauczaniem STEM oraz wykorzystaniem gier w nauczaniu!

Czytaj więcej