Мой учитель — медведь. Чему кардиологи и нейробиологи могут научиться у косолапых

Каждую весну, когда дни становятся длиннее, а тающий снег стекает в ручьи, животные начинают выходить из спячки. Хочется сказать, что они «просыпаются», но спячка намного сложнее и загадочнее долгого сна. Любое животное, которое проводит месяцы под землей без еды и воды, а затем выходит во внешний мир, очевидно, овладело удивительным биологическим трюком.

В спячку впадают многие грызуны, некоторые амфибии и даже некоторые приматы (несколько видов карликовых лемуров), но медведи превосходят их всех. Хотя гризли и черные медведи весят больше самых крупных игроков в американский футбол, в жизни они энергичны и любознательны, как маленькие дети, а еще они спят долгими месяцами. По словам Елены Грачевой, нейрофизиолога из Йельского университета в Нью-Хейвене, процесс впадения медведей в спячку объяснить не так-то просто. «Режим их сна настолько сложен, что он требует адаптации всего организма», — говорит она.

Исследование спячки медведей объясняет многое в устройстве организмов крупных млекопитающих, в том числе людей, объясняет Грачева.

Понимание этого процесса потенциально может изменить наш подход к таким заболеваниям человека, как инсульт, остеопороз, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.

Медведям тоже придется переосмыслить свои представления о спячке, поскольку климат становится теплее, а зима — короче. То, как они отреагируют на изменения климата, скажет многое об их склонности к зимнему сну, а также о взаимосвязи между климатом и поведением животных.

Отношение медведей к спячке сильно отличается от того, как спят другие животные. Арктические суслики, например, могут снижать во сне температуру своего тела до минус трех градусов по Цельсию. Медведи, напротив, в берлогах почти не охлаждаются, однако их метаболизм замедляется до минимума. Брайан Барнс, зоолог из Университета Аляски в Фэрбенксе, и его коллеги, изучая черных медведей, зимующих в искусственных берлогах, тщательно отследили этот процесс более десяти лет назад.

Искусственные берлоги представляли собой камеры с возможностью измерения потребления кислорода и выработки углекислого газа, а также с датчиками, отсжеживаюшими температуру тела.

Это исследование стало первым в своем роде — оно показало, что животные способны впадать в спячку без снижения температуры тела.

Тем не менее Барнс считает, что медведи зимой не просто спят. Их организм как бы отключаются, полностью сбрасывая параметры повседневной жизни. «Они входят в берлогу, поворачиваются два-три раза, ложатся и остаются в таким положении на шесть месяцев», — говорит он.

Для людей такой сон был бы губителен: после месяцев бездействия наши мышцы атрофировались бы, а кости истончились бы. С медведями такого не происходит. Недавнее исследование Барнса показало, что медведи на время спячки выключают гены, участвующие в разрушении костей. Исследователи надеются, что когда-нибудь этот факт поможет предотвратить остеопороз у людей, в особенности у тех, кто вынужден долгое время находится в постельном режиме.

Кроме того, медведи, сохраняя сравнительно высокую температуру тела, способны замедлять дыхание и частоту ударов сердца примерно на 75% в течение нескольких месяцев. Грачева предполагает: у медведей температура тела не снижается потому, что весной требуется довольно много энергии, чтобы согреть их большие тела. Медведи сворачиваются калачиком и хранят тепло с помощью жира и меха, иногда вздрагивая для циркуляции крови.

Как объясняет Барнс, сердечные приступы и инсульты ухудшают снабжение мозга кислородом и питательными веществами. Спасти пациента можно в первый час после инсульта.

Однако если бы мы знали, как спать по-медвежьи, этот час мог бы стать неделей или даже тремя.

В марте 2021 года исследователи из США и Китая, вдохновленные впадающими в спячку животными, предложили провести эксперимент, целью которого было сохранения функций мозга у пациентов с инсультом, для чего следовало ввести их в близкое к спячке состояние с помощью комбинации седативного и антипсихотического препаратов.

Некоторые грызуны и другие животные впадают в спячку в зависимости от продолжительности светового дня. Однако медведи сами решают, когда им спать, а когда просыпаться, объясняет Хизер Джонсон, биолог-исследователь дикой природы из Геологической службы США в Анкоридже.

В исследовании 2017 года Джонсон вместе с коллегами отследила спячку пятидесяти одной самки бурого медведя. Общая продолжительность спячки варьировалась от четырех до семи месяцев — в зависимости от возраста и наличия у медведиц детенышей.

Старые медведицы и медведицы с детенышами, как правило, спали дольше, чем молодые медведицы. Однако все они просыпались, когда менялась погода.

Точно так же и бурые медведи в Скандинавии ждут, когда температура достигнет порогового значения, говорит Алина Эванс, ветеринар из Университета прикладных наук Норвегии в Эвенстаде. В исследовании 2016 года Эванс и ее коллеги следили за режимом спячки четырнадцати медведей со спутниковые ошейниками и датчиками, отслеживающими частоту ударов сердца и температуру тела.

Медведи впадали в спяку в разное время и выбирали для берлоги разные места (корни деревьев, пещеры, раскопанные муравейники), но все они просыпались практически одновременно, едва средняя дневная температура достигала пяти градусов по Цельсию. Эванс считает, что наружу их побуждает выйти именно температура, однако могут быть и иные причины, например повышение влажности из-за тающего снега.

Джонсон также отмечает, что по мере того, как зимы становятся мягче, медведи начинают выходить из берлог раньше. Трудно сказать, обратимы ли эти изменения, но теперь медведи часто приходят в города. Джонсон опасается, что сокращение времени спячки может представлять для медведей опасность.

У тех из них, кто слишком рано выходят из берлоги, больше шансов забрести в город, попасть под машину или оказаться на мушке у охотника. «Во время спячки у медведей практически стопроцентная выживаемость», — говорит она.

По словам Грачевой, иногда внезапное изменение климата может превратить медведей в обжор. Как правило, во время спячки медведь теряет 30–40% своего веса, в основном за счет жира. Если медведь пробуждается раньше срока несколько лет подряд, преждевременное питание может прибавить ему лишние килограммы и повысить риск диабета.

Но есть и хорошие новости: по словам Эванса, в долгосрочной перспективе медведи в должны скорректировать график сна и приема пищи, и таким образом приспособиться к глобальному потеплению. И в этом нет ничего удивительного — некоторые медведи в более теплых краях решили полностью отказаться от зимней спячки. Например, греческие и хорватские медведи могут вообще не уходить в берлогу, если они не беременны. В условиях глобального потепления спячка может полностью выйти из моды в медвежьем мире, поэтому ученым стоит поторопиться в своих исследованиях этого необычного процесса.