Umění zimního spánku: Proč medvědi během hibernace netrpí žízní či mrazem
Medvědi v těchto dnech pomalu upadají do zvláštního spánku, během něhož nevyměšují a netrpí zimou ani proleženinami. Jak si dokázali vyvinout podobně účinný systém pro přežití i těch nejkrutějších mrazů?
Když se zima medvědů zeptá, co dělali v létě, mohou většinou s klidným svědomím odpovědět, že se krmili, krmili a krmili. Například američtí baribalové naberou do přelomu října a listopadu až patnáct kilogramů tělesného tuku, a vytvářejí si tak zásobu energie na dlouhý zimní spánek neboli hibernaci. Na první pohled vypadají hibernující medvědi podobně jako další zimní spáči. Jejich spánek je však v mnoha ohledech unikátní.
Náročné probuzení
Odborníci se dlouho nemohli shodnout, zda lze zimní spánek medvědů označit za opravdovou hibernaci. Huňáči totiž sice spí, ale zároveň si udržují poměrně vysokou tělesnou teplotu. Mnozí biologové proto předpokládali, že tráví zimu ve stavu, který má blíž k normálnímu nočnímu spánku než k hibernaci, jež se vyznačuje razantním utlumením všech životních funkcí včetně hlubokého poklesu tělesné teploty.
Typičtí zimní spáči jako svišti, ježci nebo netopýři uspoří při hibernaci obrovské množství energie. Dosáhnou toho změnou aktivity mozkových center, která řídí látkovou výměnu – což by však samo o sobě stačilo zabezpečit jen polovinu pozorovaného metabolického útlumu. Další pokles látkové výměny jde 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 mírně nad 0 °C, a povrchové části těla mohou dokonce vychladnout až pod nulu. V tomto stavu stráví zvíře i několik týdnů, načež se probudí a na jeden den plně obnoví látkovou výměnu. Jeho teplota přitom dosáhne normálních hodnot kolem 36 °C.
Zmíněná krátkodobá probuzení z hibernace jsou energeticky nesmírně náročná a může na ně padnout i 80 % energie spotřebované zvířetem během zimy. Účel vyčerpávajících přestávek přitom není jasný: Spáči je zřejmě využívají k opravě škod vzniklých v organismu v průběhu hibernace – například regenerují nervové buňky. Pro ochranu před infekcemi je také důležité uvést na nějakou dobu do chodu imunitní systém, aby v těle zlikvidoval všechny nežádoucí vetřelce jako viry, bakterie či plísně.
Laboratoř uprostřed Aljašky
Medvěd tedy používá jinou techniku spánku a vyhýbá se energeticky náročnému zahřívání organismu z nízkých hibernačních teplot. Ušetří však vůbec něco díky svému „vysokoteplotnímu“ zimnímu spánku? Odpověď se nehledala snadno. U drobných živočichů, které lze vystavit nízkým teplotám v laboratoři, je výzkum hibernace celkem jednoduchý: Vědci jim mohou měřit tělesné funkce detailně a nepřetržitě. Imitace mrazivé zimy pro několik metrákových medvědů se však v laboratorních podmínkách zvládnout nedá, a huňáč spící ve svém doupěti se zas nachází mimo dosah vědeckých aparatur.
Američtí odborníci ovšem našli střední cestu a ke studiu zimního spánku aljašských baribalů využili lesní oboru, kde jim připravili umělé brlohy z velkých dřevěných beden. Medvědi tak čelili drsnému klimatu nefalšované aljašské zimy, a přitom je vědci měli pod kontrolou: Mohli měřit jejich teplotu, spotřebu kyslíku, množství vydechovaného oxidu uhličitého, dech, tep i další parametry.
Proč se netřesou zimou?
Výzkum potvrdil, že si medvědi při zimním spánku skutečně udržují poměrně vysokou teplotu. Velké překvapení však znamenal fakt, že se v průběhu zimy neprobouzejí. Místo toho jsou u nich patrné několikadenní výkyvy tělesné teploty, kdy jejich organismus „vychládá“ až na 30 °C a pak se opět ohřívá na 36 °C. Takový nerušený zimní spánek badatelé u jiných hibernujících živočichů nepozorovali. Jedinou známou obdobu nabízí maki tlustoocasý, drobný madagaskarský lemur, který v dutinách stromů během roku hibernuje i sedm měsíců. Také u něj teplota kolísá mezi 30 a 37 °C, přičemž její okamžitá hodnota závisí na denní době i na tom, jak sluneční paprsky přes den ohřejí vzduch v dutině.
Zajímavé je, že se medvěd při ochlazení organismu ke 30 °C netřese zimou. Třes svalů přitom netvoří pasivní reakci na pocit chladu – ve skutečnosti se jedná o intenzivní a nepřetržitou svalovou práci, při níž se uvolňuje teplo. Pro většinu savců jde proto o jeden z krajních způsobů, jak prochládající organismus zahřát, i když promrzlé zvíře nemá nad třesem kontrolu. Snad každý z nás ví, že vůlí proti cvakání zubů nic nezmůžeme. Medvědí mozkové centrum pro řízení tělesné teploty je ovšem už při upadání do hibernace nastaveno na podstatně nižší hodnoty a tělo prochladlé na 30 °C necítí potřebu se ohřívat. Podobně dokážou svalový třes „vypnout“ například tuleni, kteří z chladné vody vylézají na mrazivý vzduch. I pro ně by práce svalů znamenala jen mrhání energií.
Ostatním se vyrovná
Další překvapení přineslo měření metabolismu spících baribalů. Navzdory vysoké tělesné teplotě dokážou medvědi drasticky utlumit látkovou výměnu a v daném ohledu se svou vysokoteplotní hibernací prakticky vyrovnají tradičním zimním spáčům. Každý gram tkání spícího medvědího těla tedy spotřebuje stejné množství kyslíku jako tkáně hibernujícího ježka, sviště či netopýra.
Pokud vyjádříme útlum metabolismu v procentech jeho základní úrovně, mohla by se nám zdát hibernace medvědů slabší. Látková výměna u nich klesá na čtvrtinu hodnot, které si za bdělého stavu žádá zajištění základních životních funkcí. U malých zimních spáčů, jako jsou netopýři či sysli, se přitom jedná o pouhá 2 % obvyklé minimální potřeby. Uvedený rozdíl jde ovšem na vrub velice intenzivní látkové výměny malých savců v obdobích plné životní aktivity. Jinými slovy je jejich život energeticky extrémně náročný, takže při hibernaci dosahují ohromujících úspor. Medvědovy „všední dny“ jsou relativně méně náročné, ale metabolismus v období spánku dokáže stlačit na stejně nízkou hladinu.
Mistr zimní nečinnosti
Zimní spánek medvědů ukrývá ještě další zajímavosti: Nejenže v jeho průběhu nejedí a nepijí, ale ani nevyměšují. Pokud by se člověk několik měsíců nezbavoval zplodin látkové výměny, zemřel by na otravu těmito toxickými odpady. Medvěd je vůči popsanému hromadění zplodin odolný, a navíc je umí recyklovat. Například močovina se v jeho močovém měchýři vstřebává zpátky do krve, kde se využije pro opravy bílkovinných molekul.
Zajímavé je i probouzení medvědů ze zimního spánku. Když se baribal v půlce dubna vyhrabe z brlohu, pohybuje se jeho tělesná teplota okolo normálních 36,6 °C. Látková výměna však zůstává ještě několik týdnů utlumená, a šelma má tudíž k dispozici jen polovinu energie nutné k udržení základních tělesných funkcí. Orgány odvádějí normální práci, ale musejí k tomu i nadále čerpat z rezerv, jež zvířeti zbyly po dlouhé zimě.
Na otázku, jak medvědi popsaný „život na půl plynu“ zvládají, se zatím nepodařilo najít odpověď. Každopádně jde o skutečné mistry zimního spánku, o čemž velmi výmluvně svědčí nízká spotřeba kyslíku při hibernaci a schopnost potlačit látkovou výměnu bez poklesu tělesné teploty. V daném ohledu tedy trumfnou jiné zimní spáče, kteří si k omezení metabolismu pomáhají zpomalením biochemických reakcí v těle díky chladu.
Porod během zimy
Medvědice, jež se na podzim pářily a zabřezly, porodí mláďata během zimního spánku. Vývoj zárodku v matčině těle se zastaví až do doby, kdy samice upadne do hibernace. Teprve pak se embryo spojí se stěnou dělohy a vytvoří se placenta. Metabolismus spící nastávající matky se sice utlumí, ale její teplota zůstane normální, což plodu zajistí optimální podmínky. Po porodu pak medvědice upadne do běžného zimního spánku s několikadenními výkyvy teploty, přičemž jedno až tři novorozená mláďata vyžadují pouze dvě věci: konstantní přísun mléka a tepla. V doupěti na ně obvykle predátoři nemohou, a v klidu tak dorostou do velikosti, která jim na jaře umožní přežít.
