Géniové zimního spánku: Proč nemají medvědi proleženiny a neochabují jim svaly?

Když se zima medvědů zeptá, co dělali v létě, mohou většinou s klidným svědomím odpovědět, že se krmili, krmili a krmili. Například američtí medvědi baribalové (Ursus americanus) naberou do přelomu října a listopadu až 15 kilogramů tělesného tuku a vytváří si tak zásobu energie na dlouhý zimní spánek neboli hibernaci. Na první pohled vypadá hibernující medvěd podobně jako další zimní spáči. Jejich spánek je však v mnoha ohledech unikátní.

Nízké teploty a krátkodobá údržba

Odborníci se dlouho nemohli dohodnout, zda lze zimní spánek medvědů označit za opravdovou hibernaci. Medvědi totiž sice spí, ale zároveň si udržují poměrně vysokou tělesnou teplotu. Mnozí biologové proto předpokládali, že huňáči tráví zimu ve stavu, který má blíže k normálnímu nočnímu spánku než k hibernaci, pro kterou je typické razantní utlumení všech životních funkcí včetně hlubokého poklesu tělesné teploty.

Typičtí zimní spáči, jako jsou svišti, ježci nebo netopýři, uspoří během hibernace obrovské množství energie. Dosáhnou toho změnou aktivity mozkových center, jež mají na starost řízení látkové výměny. To by však samo o sobě stačilo zabezpečit jen polovinu pozorovaného metabolického útlumu. Další pokles látkové výměny padá na vrub nižších tělesných teplot, protože v chladu se všechny biochemické reakce v organismu výrazně zpomalují. Díky tomu spáči bez úhony přečkají dlouhá období, kdy by si nedokázali opatřit dostatek potravy.

U některých hibernujících savců klesá tělesná teplota jen málo nad 0 °C a povrchové části těla mohou dokonce vychladnout na teploty pod nulou. V tomto stavu tráví zvíře i několik týdnů. Pak se probudí a na jeden den plně obnoví látkovou výměnu. Jeho tělesná teplota přitom dosáhne normálních hodnot kolem 36 °C. Tato krátkodobá probuzení z hibernace jsou po energetické stránce extrémně náročná a může na ně padnout i 80 % energie spotřebované zvířetem během zimy.

TIP: Zimní spánek medvěda grizzly: Hromada tuku, pomalý tep

Účel těchto vyčerpávajících přestávek není jasný. Spáči je zřejmě využívají k opravě škod, které v organismu během hibernace vznikly. Regenerují například nervové buňky. Pro ochranu před nejrůznějšími infekcemi je důležité, aby zimní spáč uvedl na nějakou dobu do činnosti imunitní systém a ten v jeho organismu zlikvidoval všechny nežádoucí vetřelce, například viry, bakterie nebo plísně.

Laboratoř uprostřed Aljašky

Medvěd tedy používá jinou techniku spánku a vyhýbá se energeticky náročnému zahřívání organismu z nízkých hibernačních teplot. Ušetří ale vůbec něco díky svému „vysokoteplotnímu“ zimnímu spánku? Odpověď na tuto otázku se nehledala snadno. U drobných živočichů, které lze vystavit nízkým teplotám v laboratoři, je výzkum hibernace celkem jednoduchý. Vědci mohou těmto zimním spáčům měřit tělesné funkce detailně a nepřetržitě. Imitace mrazivé zimy pro několik metrákových medvědů je ale v laboratorních podmínkách nezvládnutelná, a když medvěd spí ve svém doupěti, nachází se mimo dosah vědeckých aparatur.

Američtí vědci našli střední cestu. Využili ke studiu zimního spánku aljašských baribalů lesní oboru, v níž zvířatům připravili umělé brlohy zbudované z velkých dřevěných beden. Medvědi tak byli vystaveni drsnému klimatu nefalšované aljašské zimy a přitom je vědci měli pod kontrolou. Měřili jejich teplotu, spotřebu kyslíku, množství vydechovaného oxidu uhličitého, dech, tep a další parametry.

Proč se netřese zimou?

Výzkum potvrdil, že medvědi si během zimního spánku skutečně udržují poměrně vysokou tělesnou teplotu. Velkým překvapením byl fakt, že se v průběhu zimy neprobouzejí. Místo toho jsou u nich patrné několikadenní výkyvy tělesné teploty, kdy medvědí organismus „vychládá“ až na 30 °C a pak se opět ohřívá na 36 °C. Takový nerušený zimní spánek nebyl u jiných hibernujících živočichů pozorován. Jedinou známou obdobu nabízí madagaskarský drobný lemur maki tlustoocasý (Cheirogaleus medius), který se ukládá k hibernaci do dutin stromů a prospí tam během roku i sedm měsíců. Také u něj kolísá teplota mezi 30 a 37 °C. Okamžitá tělesná teplota závisí na denní době i na tom, jak je vzduch v dutině během dne ohříván sluníčkem.

Zajímavé je, že medvěd se při ochlazení organismu ke 30 °C netřese zimou. Přitom je nutné vysvětlit, že třas svalů není pasivní reakcí na pocit chladu. Ve skutečnosti jde o intenzivní a nepřetržitou svalovou práci, při níž se uvolňuje teplo. Pro většinu savců je proto jedním z krajních způsobů jak prochládající organismus zahřát, i když promrzlé zvíře nemá nad třasem kontrolu. Každý, kdo už někdy takhle „klepal kosu“ ví, že jediným lékem na třas je teplo. Vůle je proti cvakání zubů bezmocná. Medvědí mozkové centrum pro řízení tělesné teploty je ovšem už během upadání do hibernace nastaveno na podstatně nižší hodnoty a tělo prochladlé na 30 °C necítí potřebu ohřívat se. Podobně dokáží třas svalu „vypnout“ například tuleni, kteří z chladné vody vylézají na mrazivý vzduch. Také pro ně by svalová práce představovala jen marné mrhání energií.

Vyrovná se ostatním

Další překvapení přinesla měření intenzity metabolismu spících baribalů. Navzdory vysoké tělesné teplotě dokážou medvědi drasticky utlumit látkovou výměnu. V tomto ohledu se jejich vysokoteplotní hibernace prakticky vyrovná hibernaci tradičních zimních spáčů. Každý gram tkání spícího medvědího těla tedy spotřebuje stejně kyslíku jako tkáně hibernujícího ježka, sviště nebo netopýra.

Pokud vyjádříme útlum metabolismu v procentech jeho základní úrovně, mohla by se nám zdát medvědí hibernace slabší. Látková výměna medvěda klesá na čtvrtinu hodnot, které jsou za bdělého stavu nutné k zajištění základních životních funkcí. Přitom u malých zimních spáčů, jako jsou netopýři nebo sysli, metabolismus klesá na 2 % obvyklé minimální potřeby. Tento rozdíl je ale nutné připsat na vrub velice intenzivní látkové výměně malých savců v obdobích plné životní aktivity. Jinými slovy život malých zimních spáčů je energeticky extrémně náročný, takže jejich úspory energie během hibernace jsou ohromující. Medvědovy „všední dny“ jsou relativně méně náročné, ale metabolismus v období spánku dokáže huňáč stlačit na stejně nízkou úroveň.

Mistr zimní nečinnosti

Zimní spánek nabízí ještě další zajímavosti, kterých by bylo škoda si nepovšimnout. Medvědi během této doby nejen nejedí a nepijí, ale také nekálí ani nemočí. Pokud by se člověk několik měsíců nezbavoval zplodin látkové výměny, jako je například močovina vylučovaná ledvinami, zemřel by na otravu těmito toxickými odpady. Medvěd je k takovému hromadění zplodin odolný a navíc je umí recyklovat. Například močovina vyloučená s močí se v jeho močovém měchýři vstřebává zpátky do krve, kde je využita pro opravy molekul bílkovin.

Zajímavé je i probouzení medvědů ze zimního spánku. Když se baribal v půlce dubna vyhrabe z brlohu, je jeho tělesná teplota na normálních hodnotách kolem 36,6 °C. Látková výměna ale zůstává ještě několik týdnů utlumena. Medvěd tak má k dispozici jen polovinu energie nutné k udržení základních tělesných funkcí. Orgány odvádějí normální práci, ale musí k tomu i nadále čerpat energii z tělesných rezerv, jež medvědovi zbyly po dlouhé zimě. Jak medvěd tenhle „život na půl plynu“ zvládá, zůstává zatím nezodpovězenou otázkou.

TIP: Tváří v tvář grizzlymu: Jak (ne)potkat velkou šelmu

Medvěd je skutečný mistr zimního spánku. Svědčí o tom velmi výmluvně jeho nízká spotřeba kyslíku během hibernace a schopnost potlačit látkovou výměnu bez poklesu tělesné teploty. V tomto ohledu trumfne jiné zimní spáče, kteří si k omezení metabolismu napomáhají zpomalením biochemických reakcí v těle chladem.