Zimné obdobie predstavuje pre všetky živé tvory nemálo komplikácií. Väčšina hmyzožravých vtákov ešte pred začiatkom zimy odlieta do teplejších krajín, kde má vhodnejšie klimatické podmienky a dostatok potravy. Zvieratám a vtákom, ktoré zostávajú v našom podnebnom pásme, narastie teplejšia a hustejšia srsť či perie, chrániace ich pred nepriazňou počasia. Zatiaľ čo niektoré zvieratá sa pred príchodom zimy sťahujú do teplejších oblastí, iné zostávajú doma a musia si poradiť s chladom, snehom a nedostatkom potravy. Práve pre ne je hibernácia jednou z najdokonalejších stratégií prežitia.
Najzaujímavejšiu stratégiu prežitia zimy však majú niektoré druhy cicavcov, ktoré toto obdobie jednoducho prespia. Zimný spánok, odborne nazývaný aj hibernácia, je veľmi zložitý fyziologický proces. Je to stav extrémne spomaleného metabolizmu, ktorý umožňuje živočíchom prežiť obdobia chladu, nedostatku potravy, sucha alebo iných nepriaznivých podmienok. Hibernácia pritom nie je jednotný jav - príroda vytvorila viacero foriem vrátane zimného spánku, estivácie či torporu. Najznámejším dôvodom hibernácie je zima, no rovnako významná je aj reakcia na extrémne sucho, keď zvieratá upadajú do estivácie, čo je obdobný proces, len vyvolaný opačným faktorom - nie zimou, ale horúčavou a nedostatkom vody. Tieto stratégie sú dôležité pre prežitie živočíchov na všetkých kontinentoch.
Hibernácia je dlhodobý, riadený stav spojený so zimou. Trvá týždne až mesiace a zviera počas nej nespotrebúva takmer žiadnu energiu. Typickým znakom je výrazné zníženie telesnej teploty, srdcovej frekvencie a metabolizmu. Torpor je krátkodobá forma útlmu. Niektoré zvieratá využívajú torpor len počas jednej noci alebo niekoľkých dní. Estivácia je obdobou hibernácie, ale vyvolaná suchom alebo horúčavami.
Príprava na zimný spánok
Predchádza mu dôkladná príprava, ktorá spočíva v nahromadení dostatočných tukových zásob zvieraťa a správnom výbere vhodného úkrytu. Prípravu na zimný spánok signalizuje hypotalamus. V jeho prednom jadre sa nachádza centrum hladu a v zadnom centrum sýtosti. Vo fáze, ktorá predchádza hibernácii, je funkcia centra sýtosti tlmená a činnosť centra hladu zase stimulovaná. Vtedy si napríklad taký plch začína zvyšovať dávky potravy s hojným obsahom cukru a vytvára si tak dostatočné zásoby tuku ako zdroj energie.
Poriadne pribrať pred zimou je akousi fyziologickou potrebou pre všetky prespávajúce zvieratá. V jesenných mesiacoch sa vedia vykŕmiť tak, že zväčšia svoju hmotnosť o dvadsať až tridsať percent. Počas spánku sa totiž nahromadený tuk rozkladá, pričom organizmus dostáva látky potrebné na udržiavanie fyziologických pochodov. Keďže počas niekoľkomesačného zimného spánku viaceré zvieratá neprijímajú žiadnu potravu, ich prežitie závisí od množstva zásob podkožného tuku, z ktorého čerpajú energiu.
Ďalšou nevyhnutnou podmienkou je nájdenie dobrého úkrytu chráneného pred nepriazňou počasia. Miesto a tvar úkrytu však nie je vecou náhody. Zvieratá si ho starostlivo vyberajú a pripravujú na zimu. Zimoviská si zviera vyberá aj podľa toho, aby zmenšilo svoju povrchovú plochu, ktorá je rozhodujúcim faktorom pri strate telesného tepla. Zvieratá sa preto v podstate nachádzajú na hranici života a smrti, lebo všetky ich životne dôležité telesné úkony sú obmedzené na minimum.
Fyziologické zmeny počas hibernácie
Počas zimného spánku sa zvieratám výrazne znižuje telesná teplota. Zatiaľ čo vo vegetačnom období sa ich telesná teplota pohybuje približne v rozmedzí 38 - 41 ˚C, počas zimnej meravosti často klesá až na 1 ˚C. Napríklad hibernujúcim syslom Parryovým z americkej Arktídy klesá teplota tela na -3 °C. Telesnú teplotu tesne nad nulou si zviera udržuje iba v hlave a krku.
Spomaľujú sa všetky životné procesy. Frekvencia srdca prudko klesne. Netopierom bežne bije srdce tisíckrát za minútu, ale počas zimného spánku vystačí s piatimi tepmi za minútu. Bledne sa dýchanie a látková výmena. Úroveň látkovej výmeny klesá v hibernácii na päťdesiatku. Zvieratá, ktoré hibernujú, musia vstúpiť do tohto stavu v dostatočne dobrej kondícii a s dostatočnými energetickými zásobami. Telesná teplota niektorých druhov klesá tak výrazne, že sa priblíži k teplote okolia, srdce bije len niekoľkokrát za minútu a dýchanie môže byť prerušované dlhými pauzami.
Priemerná srdcová frekvencia dospelých jedincov medveďa hnedého mimo hibernácie je 71 úderov za minútu (v spánku 46 a počas aktivity 90). V niektorých prípadoch môže dosiahnuť až hodnotu 129 úderov za minútu. Počas hibernácie sa však srdcová frekvencia zníži výrazne, klesá približne na osem až dvanásť úderov za minútu.
Praví a „nepraví“ zimní spáči
Nie všetky zvieratá, ktoré v zime obmedzujú aktivitu, sú však pravými zimnými spáčmi. Existuje rozdiel medzi hlbokou hibernáciou a zimným odpočinkom.
Praví zimní spáči
Medzi tzv. pravých zimných spáčov patria svište, plchy, ježe, sysle a niektoré druhy netopierov. Tieto zvieratá upadajú do hlbokého útlmu, pri ktorom telesná teplota padá na úroveň chladného okolia. Svišť hôlniak dokáže zimovať aj šesť mesiacov. V tomto stave môžu prečkať až sedem mesiacov. Napríklad ježko obyčajný je typickým stredoeurópskym hibernátorom. Vstupuje do hlbokého útlmu, pri ktorom telesná teplota padá na úroveň chladného okolia. Jeho srdce sa spomalí približne na 20 úderov za minútu a telesná teplota klesne pod 10 °C. Optimálna teplota tela hibernujúceho ježka sa pohybuje medzi 4 až 5 °C. Ak by teplota klesla ešte nižšie, spustí sa „záchranný mechanizmus“, ktorý zabráni omrznutiu alebo zamrznutiu tela. Ježko sa dokáže rýchlo zahriať rozkladom špeciálneho hnedého tukového tkaniva. Počas hibernácie dokáže vydržať bez jediného nádychu až dve a pol hodiny, po ktorých nasleduje séria 20 až 50 rýchlych nádychov na doplnenie kyslíka.
Netopiere sú najlepším príkladom hibernácie v našich podmienkach. Vyžadujú stabilnú teplotu a vysokú vlhkosť, ktorú poskytujú jaskyne a podzemné priestory. Počas zimy visia dolu hlavou, zavesené za nohy, s blanitými krídlami pevne pritlačenými k telu. Aj u nich dochádza k výraznému spomaleniu tepu, dýchania a látkovej výmeny.
„Nepraví“ zimní spáči (zimný odpočinok)
O nepravom zimnom spánku hovoríme pri mäsožravcoch a všežravcoch. V tomto prípade je „spiaci“ jedinec pri vedomí, pri vyrušení sa aktivizuje a svoj brloh aj opustí, napríklad keď sa potrebuje vyprázdniť alebo sa vonku oteplí. Jeho telesná teplota klesá len mierne a životné funkcie sa nespomaľujú tak výrazne ako u plcha či ježka. Typickým príkladom tzv. „falošného“ zimného spáča je jazvec lesný. Medveď hnedý nie je pravý zimný spáč; jeho stav sa označuje ako zimný odpočinok alebo nepravý zimný spánok. Aj keď sa zvieratá ukrývajú v úkrytoch, ich životné funkcie nie sú tak výrazne obmedzené a spomalené. Častejšie sa prebúdzajú, vykonávajú svoje fyziologické potreby a počas fáz, kedy sa oteplí, dokonca niekedy aj hľadajú potravu. V našich končinách je tento jav známy napríklad u veveričiek a jazvecov, ale aj u mnohých iných cicavcov.
Typy úkrytov
Zimní spáči si zimovisko dôkladne vyberajú a pripravujú. Netopiere najčastejšie zimujú v podzemných priestoroch, ako sú jaskyne či staré bane, ktoré poskytujú stabilnú teplotu a vysokú vlhkosť. Takýto guľovitý tvar úkrytu má z geometrického hľadiska v pomere k obsahu najmenší povrch, čo je pre zviera dôležité, pretože veľkosť telesného povrchu je rozhodujúcim činiteľom pri vyžarovaní a strate telesného tepla.
Medvede, ktoré nepatria k pravým zimným spáčom, si úkryty najčastejšie budujú pod vývratmi stromov, v húštinách ihličnatých stromov, pod skalnými prevismi alebo v skalných dutinách. Do brlohu si nanosia dostatok suchého materiálu, ako je lístie alebo trsy trávy. Zvlášť dôsledná je medvedica, ktorá počas zimy privedie v brlohu na svet mláďatá. Medveď si brloh upravuje a využíva aj niekoľko rokov. Vstupné otvory mávajú rozmery od 60 do 70 cm, našiel sa však aj brloh s veľkosťou vstupu 140 x 80 cm. Ich hĺbka sa pohybuje zvyčajne okolo dvoch metrov. Jedným z kritérií je, aby do neho nezatekalo, pretože akékoľvek vlhké priestory sú pre zimný spánok nepoužiteľné.
Špecifické úkryty majú aj jazvece. Každý poľovník vie, že jazvece si budujú tzv. letné a zimné diery. Počas roka žijú v letných dierach, ktoré na jeseň opúšťajú, a sťahujú sa do zimných dier, kde strávia nepriaznivé zimné obdobie nepravým zimným spánkom.
Sysle pasienkové si tiež budujú dôkladné úkryty. Plchy si zvyčajne vyhrabávajú malé komôrky približne pol metra pod zemou, vystlané suchou trávou a lístím.
Čo je to hibernácia? | Hibernácia pre deti!
Prebúdzanie a jeho riziká
Prebúdzanie zvierat zo zimného spánku je podstatne rýchlejšie ako zaspávanie, ale je takisto energeticky veľmi náročné. Zvieratá sa zo zimného spánku prebúdzajú v závislosti od klimatických podmienok. Je to spojené so zvyšovaním teploty alebo predlžovaním slnečného svitu.
Ani silná vrstva podkožného tuku však nezaručuje nerušený zimný spánok. Ak dôjde k výraznej obleve a teplota v podzemnom úkryte stúpne, zviera sa môže prebudiť. Metabolizmus sa zrýchli, dýchanie, tep aj telesná teplota sa vrátia k normálnym hodnotám. To je však veľmi rizikové, pretože v bdelom stave zviera spotrebúva veľké množstvo energie a tukové zásoby sa rýchlo míňajú.
Plch je na takúto situáciu čiastočne pripravený - v hniezde má uloženú „železnú zásobu“ semien a orechov, ktorými sa snaží aspoň sčasti doplniť stratenú energiu. Ak však teplejšie obdobie trvá príliš dlho a následne sa vráti silný mráz, hrozí vyčerpanie a smrť. Krátke prebudenia však zviera zažíva aj počas tuhej zimy. Objavujú sa len raz za niekoľko týždňov a slúžia akoby na údržbu organizmu - imunitný systém vtedy odstráni choroboplodné zárodky, ktoré sa mohli v tele nahromadiť počas hlbokej hibernácie.
Hoci sú tieto krátke prebudenia nevyhnutné, akékoľvek rušenie zvieraťa počas zimného spánku je preň veľmi škodlivé. Stojí ho to drahocennú energiu, ktorá by mu mohla chýbať na konci zimy. Ak by zviera nemalo dostatočné zásoby, nemusí zimu prežiť.
Vplyv klimatických zmien a možná pomoc
Zmeny klímy majú významný vplyv na zimný spánok zvierat. Teplejšie zimy sú problémom najmä pre zvieratá, ktoré potrebujú dlhšie chladné obdobia na udržanie svojho prirodzeného ročného cyklu. Miernejšie zimy spôsobujú častejšie prebúdzanie, čo zvyšuje energetické náklady a môže viesť k úhynom. Niektoré zvieratá, ktoré by inak hibernovali, sa v teplejších podmienkach nemusia uložiť na zimný spánok, ak majú dostatok potravy.
Naopak, extrémne poveternostné podmienky spôsobené zmenou klímy, teda pomerne časté a dlhšie teplé obdobia v zime a náhle ochladenie, môžu ohroziť život voľne žijúcich zvierat. Zvieratá, ktoré sa na zimný spánok neuložili včas alebo sa predčasne prebudia, môžu čeliť nedostatku potravy a nepriaznivým teplotám.
Majitelia záhrad môžu pomôcť zvieratám tým, že im vytvoria vhodné podmienky na prezimovanie. Je vhodné nechať na jeseň v záhrade kôpky lístia, odrezkov zo živého plota, papekov či dreva. Rozkladajúce sa lístie vytvára teplo a je perfektným zimoviskom pre ježkov, ropuchy, jašterice, slepúchy a mnoho druhov myší. Rovnako by sa nemal predhadzovať kompost. V trávach a steblách, ktoré zostali na mieste, prezimuje mnoho malých druhov hmyzu, a tráva by sa preto nemala kosiť.
Pre zvieratá ako sú ježkovia, ktorí nie sú vždy pripravení na hibernáciu (napríklad nedostatočná telesná hmotnosť), môže byť potrebná ľudská pomoc. Ak v zime zbadáte ježka voľne sa pohybovať po dennom svetle, je to znak, že niečo nie je v poriadku. Takýchto jedincov je potrebné počas zimných mesiacov udržať v teple a vykŕmiť ich, aby sa na jar mohli vypustiť do voľnej prírody. Existujú aj organizácie a zoológické záhrady, ktoré sa zaoberajú záchranou a starostlivosťou o takéto zvieratá.
Často sa tiež odporúča stavať zvieratám jednoduché prístrešky, ako napríklad drevené domčeky v tvare kocky, alebo vytvárať kamenné múriky či záhradné rybníky dostatočne hlboké na prezimovanie.
Môže hibernácia pomôcť aj človeku?
Hibernácia fascinuje nielen biológov, ale aj lekárov a vedcov. Myšlienka „polospánku“ by mohla v budúcnosti pomôcť napríklad astronautom pri dlhých vesmírnych misiách alebo pacientom počas náročnej rekonvalescencie. V modernej medicíne sa už dnes využíva riadené podchladenie - tzv. terapeutická hypotermia. Používa sa najmä v prípadoch, keď je znížené prekrvenie tkanív, napríklad po úrazoch. Zníženie telesnej teploty dokáže spomaliť metabolizmus buniek a zabrániť ich nenávratnému poškodeniu.
Vedci objavili molekulu 5´AMP, ktorá sa prirodzene vyskytuje v tele hibernujúcich zvierat. Pri pokusoch na myšiach sa ukázalo, že výrazne spomaľuje bunkový metabolizmus. Srdcové tkanivo vďaka tomu znášalo aj extrémne podchladenie.
Človek, ktorý strávi porovnateľne dlhú dobu na lôžku, zoslabne natoľko, že sa môže navrátiť k bežným životným aktivitám až po dôkladnej rehabilitácii. Napriek extrémnej nečinnosti počas hibernácie však organizmus medveďa zostáva bez akýchkoľvek patofyziologických stavov spojených s dlhotrvajúcou fyzickou nečinnosťou, ako sú kardiovaskulárne ochorenia, poruchy koagulácie, dysfunkcia obličiek, trombóza, ateroskleróza či sarkopénia. Keby sa ľudské srdce takto spomaľovalo, malo by to fatálne následky.
tags: #prezimovanie #zvierat #dlhym #spankom