Зимняя спячка земноводных

Зимняя спячка земноводных

Холодная кровь не греет.

Кому не дано поддерживать температуру тела, зимой остается одно — замереть, заснуть, оцепенеть, чтоб переждать неблагоприятные условия жизни. Таки поступают все холоднокровные: моллюски, ракообразные, пауки, насекомые, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся. При наступлении зимы они впадают в спячку, именуемую холодовым оцепенением. Самое большое, на что они способны, — позаботиться об убежище, где температура не опускалась бы ниже 0 °C. в противном случае клетки тканей необратимо травмируются образующимися при замерзании кристаллами льда. Раки, совершенно не ведая о том, какую бурную реакцию у людей вызывают их мирные зимние лежбища, зарываются в ил на дне водоемов. Самцы обычно зимуют группами в глубоких ямах на дне, а самки — поодиночке в норках. Правда, одиночеством это не назовешь, потому что к своим коротким ножкам самки приклеивают от 50 до 500 штук оплодотворенных яиц, из которых в начале лета вылупляются рачки величиной с муравья. Если ил промерзает, раки не гибнут и при оттаивании оживают. Не боятся они и длительного пребывания без воды, постепенно заменяя ее в жабрах на воздух с характерным звуком (вот почему говорят, что вынутые из воды раки шепчутся, словно прощаясь друг с другом). Там же в иле проводят зиму водяные улитки-прудовики. Сухопутные улитки после накопления необходимых питательных веществ выкапывают норки, где сразу несколько зимовщиков могли бы вместе «вздремнуть» глубоко под землей при температуре 7–8 °C. Хорошо закупорив убежище, они спускаются на дно и залегают отверстием раковины вверх, которая, впрочем, тоже затягивается слизистым веществом. При значительном похолодании улитки зарываются еще глубже, образуя новые пленки и воздушные камеры, играющие роль прекрасного изолятора. Все обменные процессы резко, в течение месяца, затухают, чтобы достигнуть того минимума, при котором животное впадает почти в состояние анабиоза с едва уловимыми жизненными функциями. и так с октября до начала апреля.

Насекомых наступление зимнего сезона застает на разных стадиях их развития: в виде яиц, личинок, куколок или уже взрослыми. Каждый вид выработал свой подход — на какой стадии лучше «отоспаться». Например, божья коровка и малярийный комар зимуют только во взрослом состоянии, а тля — в яичной скорлупе. Но есть и такие, которым любые формы для спячки хороши. Вот хотя бы домашние мухи — они зимуют и в форме личинок, и в виде куколок (в теплых навозных кучах), и во взрослом состоянии. Продолжительность сна тоже разная: бабочка павлиний глаз пребывает в состоянии анабиоза пять с половиной месяцев при температуре около 6 °C, а тутовому шелкопряду необходимо на месяц больше при 8,6 °C.

Еще с появлением первых признаков похолодания насекомые находят удобные убежища под камнями, корой деревьев, опавшей листвой, в почве, где после снегопада сохраняется умеренно низкая и равномерная температура. При 0 °C обмен веществ у них сильно замедляется: дыхание подавляется, скорость окислительных процессов уменьшается в 10–15 раз. Чтобы пережить такое, зимовке предшествует определенная подготовка: аккумулируются запасы жира (они доходят до 18 % веса тела), организм как можно больше обезвоживается (у личинки галицы содержание воды падает с 65 до 20 %). Некоторые виды насекомых способны переносить очень низкие температуры, как например, гусеницы лугового мотылька, которые сохраняют искру жизни до минус 30 °C! Но это скорее исключение, и далеко не каждому такое по плечу. Пчелы, например, не впадаю в продолжительную спячку, запас накопленного жира не превышает 1,5–2 %. Но все же при температуре от 0 до 6 °C оцепеневают и в этом состоянии могут находиться 7–8 дней. При более низкой температуре они погибают. к несчастью для многих низших животных, природа не снабдила их отслеживающим механизмом, и при неудачном выборе места зимовки оцепенение нередко переходит в свое логическое продолжение.

Странности черной рыбы.

Своеобразно реагируют на внезапное понижение температуры воды некоторые виды рыб — они впадают в шоковое состояние. После краткой фазы возбуждения перестают дышать, плавать и выглядят как мертвые. Достаточно, правда, чтобы вода потеплела, и они быстро оживают. Губительным для рыб оказалось охлаждение, приводящее к образованию в крови и тканях кристалликов льда, повреждающих стенки кровеносных сосудов. Вернуться к жизни они могут лишь в том случае, если замораживание распространялось только на поверхностные ткани. При этом рыба некоторое время живет за счет запасов кислорода в плавательном пузыре (предположение о том, что замерзшие рыбы дышат жабрами, оказалось несостоятельным).

Одна из самых приспособленных к холоду рыб — так называемая черная рыба — обитает в реках, озерах и торфяных болотах Чукотки и Аляски. Суровый климат позволяет ей оживляться лишь на короткий летний период, который она использует для размножения. В остальное врем года рыбы зарываются и вмерзают в ил. Если температура жидкостей в теле не падает ниже — 0,3 °C, то при медленном размораживании они оживают. Если же кровь замерзает — рыбы погибают. Местное население использует эту рыбу как корм для собак. Рассказывают, что если собака проглотит замороженную рыбу целиком, то вскоре после этого она в желудке размораживается и начинает сильно раздражать его стенки. в таких случаях собака обычно отрыгивает рыбу, и если та попадает в воду, то тут же невозмутимо уплывает.

Из пресноводных рыб еще в ноябре в зимнюю спячку впадают карп, ерш, окунь, сом и другие. Когда температура воды падает ниже 8-10 °C, эти рыбы переходят в более глубокие части водоема, в так называемые зимовочные ямы, зарываются большими группами в ил и остаются в состоянии оцепенения на протяжении всей зимы. в это время у карпа сердцебиение замедляется вместо нормальных 25–30 ударов в минуту до 2–3, а дыхание — до 3–4 вздохов в минуту. Интересное приспособление имеется у осетра, стерляди и белуги — их тело при наступлении сильных холодов обволакивается слизью, предохраняющей от неблагоприятного воздействия окружающей среды, и они впадают в зимнюю спячку. Некоторые виды растительноядных рыб (белый амур, толстолобик) тоже зимуют группами, покрытые толстым слоем слизи. Часть морских рыб тоже переносит сильные холода в сонном состоянии. Сельдь уже осенью приближается к побережью Ледовитого океана, чтобы заснуть на дне какого-нибудь небольшого заливчика. Даже черноморская хамса перемещается к южным районам — берегам Грузии и соседнему берегу Малой Азии, в это время рыба слабо активна и пищу не употребляет.

Углозуб из вечных льдов.

Земноводные к зиме готовятся заранее, еще летом накапливая запасы питательных веществ. А осенью при понижении дневной температуры до 8-12 °C, а ночной до 3–5 °C отправляются к местам будущей зимовки, преодолевая иногда несколько километров. Одна часть из них зимует под водой, другая — на суше. Под водой зимуют озерная, травяная, прыткая, длинноногая лягушки. Собираются группами по 10–20 штук (иногда до 100) различного пола и возраста, а иногда и различного вида, и зарываются в ил или подводные впадины. При такой групповой зимовке уровень обмена веществ у лягушек почти на 40 % ниже, чем у зимующих в одиночку. Во время зимней спячки лягушки дышат только через кожу, пульс замедляется, но все же, хотя и исключительно медленно, земноводные растут и их половые клетки созревают. Причем сон у них неглубокий, и при неблагоприятных условиях они могут переместиться в другое место в том же водоеме. Главное, чтобы это произошло вовремя, ведь самая значительная опасность для них таится в недостатке кислорода. При очень суровых зимах случается даже массовая гибель земноводных, особенно когда водоемы, в которых они зимуют, промерзают до самого дна. Поэтому они предпочитают быстротекущие реки и ручьи, протоки, каналы и озера с вливающимися в них реками, то есть выбирают водоемы, богатые кислородом. в период зимней спячки у земноводных резко увеличивается диаметр кровеносных сосудов в коже, через которую они дышат.

На суше проводят зиму зеленая и серая жаба, обыкновенная квакша, чесночницы, желтобрюхая жерлянка, саламандры. Они зимуют большими группами у подножий обрывов, в расщелинах скал и между корнями деревьев, в норах, вырытых другими животными, под толстым слоем листьев и мха. Некоторые виды способны даже зарываться в землю.

Тритоны разных видов зимуют и на суше, и под водой. Первые обычно устраиваются под прогнившими пнями и стволами упавших деревьев, а если не находят таких удобных квартир, то удовлетворяются трещинами в почве. Особый интерес представляют сибирские тритоны — углозубы, обитающие на огромной территории от Камчатки и Сахалина до Урала. Это единственное хвостатое земноводное к северу от Полярного круга. Даже при 0 °C оно еще может двигаться, а некоторые отдельные особи углозуба переносят охлаждение (естественно, в состоянии оцепенения) до -37 °C. Геологи и строители находили тритонов, вмерзших в выкопанные ледяные блоки. Нередко случалось, что оттаявшие и выпущенные в подогретую воду тритоны оживали, поедали предложенную им пищу — мух, пауков, аквариумных рыбок. в 1956 году горнопроходческая бригада в Магаданской области нашла на 14-метровой глубине тритона. Когда вернулись в палатку и затопили печку, замерзшее животное постепенно оттаяло и зашевелилось. Его жизнь продолжалась целых 12 часов. Тогда же поторопились объявить это событие большой сенсацией: якобы найден ископаемый тритон, который, пробыв в состоянии анабиоза два миллиона лет, снова ожил. На самом деле тритон оказался не ископаемым, а современным. Но вопрос, на какое время может быть сохранена жизнь замерзших земноводных, остался предметом споров. Найденного в другой раз на Чукотке в куске вечного льда сибирского углозуба подвергли радиоизотопному исследованию. Киевские ученые пришли к выводу, что возраст его находится в пределах от 75 до 105 лет, в то время как контрольные земноводные оказались во много раз моложе.

Практически все виды пресмыкающихся северных широт впадают зимой в спячку. в самых северных районах она продолжается 7–8 месяцев. Южнее их спячка короче. Ящерицы зарываются в почву, устраивая себе норы на крутых сухих склонах, которым не угрожает наводнение. в хороший солнечный денек они пробуждаются на несколько часов, чтобы погреться на солнце и поохотиться и снова прячутся, впадая в оцепенение. Сухопутные черепахи забираются на полметра вглубь почвы, в естественные укрытия или норы кротов, лисиц, грызунов, закрываясь торфом, мхом и влажными листьями. Бывает, что они просыпаются иногда на целую неделю. Болотные черепахи проводят зиму, зарывшись в ил водоемов. Змеи не любят холода. Даже летом, если поместить змею на несколько часов в холодильник, с ней можно обращаться как с куском веревки. Поэтому зимние квартиры змеи подбирают тщательно и облюбовывают надолго. Обычно это подземные пещеры и пустоты, образовавшиеся вокруг больших старых пней с гнилыми корнями, или щели в скалах. в таких укрытиях собирается большое число змей даже различных видов, образуя огромные клубки. в них иногда насчитывается от нескольких десятков до сотен змей, что и привело к ошибочному мнению, будто змеи собираются в клубки, чтобы согреться. Между тем температура змей в период зимней спячки почти не отличается от температуры окружающей среды, а собираются они вместе просто от нехватки подходящих убежищ — некоторые «общежития» используются десятилетиями.

Как же удается животным сохранять жизнеспособность замороженными? Подобно тому, как при наступлении холодов в радиатор машин добавляют антифриз, замерзающий при минус 37 °C, в жидкостях тел некоторых холоднокровных зимой образуются белки-антифризы, которые при появлении в организме кристаллов льда связываются с ними и блокируют дальнейшую кристаллизацию воды. у многих рыб, наземных членистоногих, включая пауков и клещей, эффективность белков-антифризов настолько велика, что предотвращает образование льда даже при минус 15 °C. Кроме специальных белков в организме некоторых холоднокровных существ вырабатываются еще и углеводы-антифризы, еще больше снижающие точку максимального переохлаждения. Например, в тканях многих насекомых зимой накапливается углевод-антифриз глицерол, успешно препятствующий промерзанию. у гусениц галлообразующей бабочки к середине зимы глицерол составляет 19 % всего тела, позволяя переохлаждаться до минус 30 °C. А волосатые гусеницы арктической бабочки в замороженном состоянии проводят до 10 месяцев в году при минус 50 °C и более! Оригинально приспосабливаются к низким температурам воды некоторые рыбы, живущие в северной части Атлантического океана и в арктических водах — они меняют состав крови. с понижением температуры воды осенью в их крови скапливаются соли в такой концентрации, какая характерна для морской воды, что усиливает криозащитное действие, затрудняя замерзание крови. Сравнительно недавно в крови этих рыб обнаружены и специальные белки-антифризы, понижающие точку замерзания раствора еще в большей степени, чем соли.

Если предстоит очень суровая зимовка, то осенью у холоднокровных животных (особенно насекомых) до первых заморозков в организме накапливаются защищающие ото льда криогенные протекторы, которые повышают прочность оболочек клеток и препятствуют так называемому осмотическому стрессу, когда вода из клеток стремится вытечь во внеклеточную среду со льдом, уменьшая объем клеток и делая их уязвимыми для кристаллов льда, протыкающих сморщенные клеточные оболочки. Криопротекторы служат и замедлителями обмена веществ. у лягушки, например, как только начинается образование льда на поверхности кожи, происходит быстрый синтез криопротектора глюкозы из животного крахмала печени. в результате через восемь часов ею насыщаются все органы, замедляется до минимума обмен веществ, ограничивается энергопотребление. Рекорд такого рода использования криопротекторов принадлежит черепахам — у них обмен веществ падает до уровня, обеспечивающего выживание без потребления кислорода(!) в течение всей зимы. Причем при высоких концентрациях глюкозы в организме отсутствуют явления, присущие человеку с высоким содержанием глюкозы в крови, — сахарный диабет и старение. Морозоустойчивость холоднокровных животных всегда вызывала пристальный интерес ученых.

В анабиотическое состояние впадают и некоторые виды высших растений. Рекорд в этом отношении принадлежит растению бронец, встречающемуся в прериях Американского континента. Помещенное в гербарий, это растение выдержало целых 11 лет в высушенном состоянии, не потеряв своей жизнеспособности. Неизбежно возникает вопрос: что помогает растениям переносить сильное обезвоживание и впадать в состояние анабиоза, при котором обмен веществ протекает настолько замедленно, что практически почти равен нулю? По мнению ученых, при обезвоживании у растений, способных впадать в анабиотическое состояние, не нарушается процесс дыхания, который сохраняет свою так называемую энергетическую полноценность. При обезвоживании у растений продолжают образовываться богатые энергией соединения, например АТФ (аденозинтрифосфат). Энергия, образующаяся в процессе дыхания почти до полного высушивания этих растений, передается почти всем клеточным структурам и всему клеточному содержимому, которое, обезвоживаясь, переходит в желеобразное состояние, и клетки могут годами сохранять свою жизнеспособность.