Zvířecí strategie jak přežít zimu „doma v pelechu“

Hibernace je sofistikovanou strategií, která umožňuje malým teplokrevným savcům přečkat období, kdy potrava mizí a udržování stálé teploty by je stálo fatální množství energie. Svoji strategii zimního spánku mají i někteří větší savci ale také studenokrevní živočichové jako jsou obojživelníci a plazi.

Více než jen spánek

Pro pochopení hibernace musíme opustit představu lidského spánku. Zatímco my během noci udržujeme naši tělesnou teplotu a metabolismus na téměř konstantní úrovni, hibernace představuje jejich dramatické snížení. Je to reakce na environmentální stres – především na nedostatek potravy v chladném období. Spouštěčem nebývá primárně chlad, nýbrž zkracování dne, které signalizuje blížící se nedostatek zdrojů. Teplota je totiž velmi nespolehlivé a proměnlivé vodítko.

Normální tělesná teplota drobného savce, jako je ježek či sysel, se pohybuje okolo 35 – 37 °C. Během hlubokého zimního spánku se tato teplota propadne na úroveň 2 – 8°C, často jen o zlomek stupně vyšší než je teplota okolí hnízda.

Tento pád teploty je doprovázen kaskádou zpomalení životních funkcí. Srdeční tep, který u ježka běžně činí 200 až 250 úderů za minutu, klesá na pouhých 5 až 10 úderů. Dýchání se stává extrémně pomalým, s frekvencí jen jeden nádech za několik minut. Cílem je minimalizovat spotřebu kyslíku a především spalování tukových zásob. Je fascinující, že nervový systém a mozek zvířete jsou i v tomto téměř nehybném stavu schopny monitorovat vnější podmínky a v případě nebezpečí spustit probouzecí reakci.

Není tuk jako tuk

Úspěšná hibernace se plánuje už v pozdním létě a na podzim. Zvířata se musí doslova přejídat, aby si vytvořila dostatečné tukové zásoby, které jim poslouží jako palivo po celé měsíce spánku. U ježka je pro přežití zimy v českých podmínkách kritická hranice hmotnosti 600 – 700 gramů.

Klíčovou roli v procesu hibernace hraje hnědá tuková tkáň. Tato tkáň se liší od bílého tuku. Její buňky jsou bohaté na mitochondrie a cytochromy. Na rozdíl od bílého tuku zde při buněčných procesech dochází k uvolnění značného množství tepla. To je zcela zásadní mechanismus při probouzení. Hnědý tuk se nachází především mezi lopatkami a kolem velkých cév. Když se zvíře potřebuje probudit, hnědý tuk začne masivně oxidovat a generovat teplo, které rychle ohřívá krev proudící k mozku a srdci. Tento mechanismus umožňuje ježkovi nebo syslovi zvýšit tělesnou teplotu z 5 °C na 37 °C v relativně krátkém čase, i když se jedná o energeticky nejnáročnější fázi celého zimního klidu.

Zásadní riziko

Proces hibernace je spojen s řadou rizik. Největším nebezpečím je předčasné vyčerpání tukových zásob. Pokud se zvíře v teplých zimních dnech probudí příliš často, může spotřebovat veškeré palivo a zemřít hlady ještě před příchodem jara. Klimatické změny a mírné, kolísavé zimy proto pro hibernátory představují vážnou hrozbu.

Když se jaro skutečně hlásí, nastává fáze probuzení. Jak již bylo zmíněno, jedná se o energeticky nejnáročnější část zimního spánku. Aby se hibernátor probral, musí aktivovat hnědý tuk a začít "topit" zevnitř. Během tohoto probouzení zvíře spálí obrovské množství tuku. Proto se také hibernátoři nikdy nebudí náhodně, ale vždy tehdy, když je to nutné.

Tři strategie

V české přírodě se setkáváme se třemi různými strategiemi, jak přežít zimu v pelechu, v závislosti na fyziologii daného živočicha:

Pravá Hibernace

Tato strategie je doménou drobných teplokrevných savců, kteří by při své velikosti a vysokém poměru povrchu těla k objemu v mrazu rychle prochladli a spotřebovali veškerou energii.

• Sysel obecný: Jeden z našich nejohroženějších hlodavců je klasickým hibernátorem. Sysli se zahrabávají do nor hluboko pod zem, kde teplota nekolísá tak dramaticky. Zajímavé je, že syslí hibernace může trvat až šest měsíců a často končí, až když teplota v norách dosáhne stabilních 10 °C. •

Plch velký: Tento nekorunovaný šampion spáčů. Často spí od září do května. Bylo zjištěno, že v roce, ve kterém mají plši nedostatek potravy, jsou schopni prospat i 11,5 měsíců. V tzv. semenných letech (roky úrodné na produkci semen stromů) se naopak probouzejí mnohem dříve, přičemž samci přibližně o měsíc dříve než samice. •

Netopýři: Všichni naši netopýři jsou hibernátoři. Na zimu vyhledávají tzv. zimoviště – jeskyně, štoly a chladné sklepy, kde je stálá teplota a vysoká vlhkost. Netopýři se zavěšují zde zavěšují hlavou dolů na stropy a stěny. Vyrušení netopýrů během hibernace je pro ně potenciálně smrtelné, protože je energeticky velmi náročné.

Nepravý Zimní Spánek

Tato strategie se týká větších savců, kteří mají dostatek tuku a hmoty, aby si dokázali udržet relativně stabilní tělesnou teplotu bez drastického zpomalení metabolismu. •

Medvěd hnědý: Ačkoli medvěd v českých podmínkách žije jen vzácně, je učebnicovým příkladem nepravého spáče. Jeho teplota klesá jen o 3 – 5 °C. Samice medvěda dokonce v tomto období rodí mláďata. •

Jezevec lesní: Jezevec sice proleží chladné měsíce ve svém rozsáhlém podzemním hradě, ale ani tady se nejedná o pravou hibernaci. Jeho teplota klesne jen o několik málo stupňů. Jezevec se často probouzí, může vyjít ven, pokud se oteplí, a jeho životní funkce se rychle vracejí k normálu. Jedná se spíše o stav hlubokého odpočinku.

Zimní strnulost

Pro studenokrevné obratlovce (plazy a obojživelníky) je zima zcela jinou výzvou. Jejich teplota těla kopíruje okolní prostředí (ektotermie).

Tito živočichové nemají schopnost regulovat teplotu. S příchodem mrazů vyhledávají nezamrzající úkryty. Zahrabávají do bahna na dně rybníků nebo hluboko do země. Hadi a ještěrky se stahují do skalních puklin či nor. V tomto stavu jejich tělesné procesy téměř kompletně ustávají. Je to anabióza – stav zdánlivé smrti, kdy jim nehrozí umrznutí. Jakmile se na jaře půda prohřeje, jejich tělo se samo aktivuje. Zajímavostí je, že některé druhy si dovedou vytvořit přirozenou nemrznoucí směs v podobě glukózy a močoviny, která chrání jejich buňky před poškozením ledovými krystaly.

Hibernace jako vzor pro medicínu

Studium hibernace a fyziologických mechanismů, které ji umožňují, má obrovský potenciál pro lidskou medicínu a dokonce i pro kosmické lety. Vědce fascinuje především to, jak zvířata dokáží přežít měsíce bez pohybu a při extrémně nízké teplotě, aniž by došlo k poškození tkání, svalové atrofii, nebo cévním problémům.

Mechanismus ochrany buněk při hypotermii, který hibernátoři ovládají, by mohl být využit při transplantacích orgánů (prodloužení doby uchování) nebo při léčbě traumat a infarktů, kdy by kontrolované snížení tělesné teploty mohlo minimalizovat poškození mozku. Hibernace tedy není jen zajímavou kapitolou zoologie, ale je to i klíč k hlubšímu pochopení a ovládání lidské fyziologie.

Zdroje
Ceson.cz

VESELOVSKÝ, Zdeněk. Etologie: Biologie chování zvířat. 2. přeprac. a dopl. vyd. Praha: Academia, 2005. ISBN 80-200-1331-8.

ANDĚRA, Miloš. Savci České republiky: Popis, rozšíření, ekologie, ochrana. Praha: Academia, 2012. ISBN 978-80-200-2185-4

ANDĚRA, Miloš a Jaroslav ČERVENÝ. Atlas šumavských savců. [České Budějovice]: Karmášek, 2014. ISBN 978-80-87101-40-7