Сон и жизнь

В среднем человек спит 8 часов, то есть третью часть: суток. Стало быть, в активном, бодрствующем состоянии мы проводим около двух третьих своей жизни. Невозможно себе представить, как развивался бы род людской, если бы человек тратил на сон не 8 часов в сутки, а, скажем, 18. Вряд ли тогда он ушел бы далеко в своем развитии, от первобытного состояния.

Животные все свободное от сна время расходуют главным образом на то, чтобы прокормить себя, принести потомство и вырастить его. Правда, в зависимости от биологических особенностей того или иного вида продолжительность активной жизни может сильно различаться. Многие птицы, особенно в период выкармливания птенцов, максимально ограничивают время личного отдыха, работают от зари до зари. Что делать - потомство дороже всего. Примером другой крайности могут служить некоторые виды грызунов, хотя бы сурки или суслики. Большую часть времени они проводят в состоянии сна. Летом зверьки выходят из нор всего несколько раз в день и гуляют в общей сложности не более 4-5 часов. Набив животы, они периодически укладываются спать. К осени нажировавшиеся грызуны заделывают поплотнее свои норы и залегают на несколько месяцев в зимнюю спячку. Мало того, в годы со знойным засушливым летом они могут впадать в так называемую летнюю спячку, которая в большинстве случаев, не прерываясь, переходит в зимнюю.

Очень сходный с описанным для грызунов режим суточной и сезонной активности имеют летучие мыши умеренных широт. Подсчитано, что они живут активной жизнью одну пятнадцатую - двадцатую часть отпущенного им времени. Все остальное тратится на сон.

В теплое время года, когда достаточно корма и погода не препятствует охоте, летучие мыши спят почти весь день и частично ночью. При плохой погоде сон может затягиваться на несколько дней. С приближением холодов им приходится искать убежища понадежнее, и они располагаются на зимнюю спячку, которая продолжается до весны.

Физиологические основы дневного сна рукокрылых, и особенно их зимней спячки, представляют немалый интерес. Дело в том, что многие летучие мыши, находясь в неактивном состоянии, не могут поддерживать температуру своего тела на определенном, свойственном большинству млекопитающих уровне. При этом зверек всецело зависит от внешней температуры. Его тело бывает теплее окружающего воздуха всего на 1-2 градуса. Но стоит только ему проснуться и выйти из оцепенения, как все начинает меняться. Его уже почти не беспокоит температура среды. Он становится совершенно независимым от нее. Главное теперь - движение. Чем оно интенсивнее, тем теплее тело зверька.

Животных, обладающих подобной системой терморегуляции, принято называть гетеротермными. При переходе в неактивное состояние физиологические функции их организма значительно замедляются. Сокращается частота дыхания, частота сокращений сердца, понижается скорость обмена веществ, температура тела.

Деятельность центральной нервной системы в зависимости от того, спит ли зверек в период дневного отдыха или погружен в зимнюю спячку, осуществляется по-разному. Головной мозг днюющего зверька работает почти так же эффективно, как и во время бодрствования. Даже глубокий дневной сон летучей мыши легко нарушить. Напротив, зимующее животное вывести из состояния оцепенения труднее. Для этого надо применить более сильный и продолжительный по времени раздражитель. Полное пробуждение в этом случае наступит минут через 10-20. При глубоком зимнем оцепенении головной мозг животного совершенно отключается. Функции управления организмом берет на себя спинной и продолговатый мозг. Все сложные физиологические процессы, связанные с деятельностью последнего, сохраняются. Мало того, во время спячки начинают проявляться такие рефлексы, которые вообще не характерны для бодрствующего животного. Как пишет советский специалист по экологической физиологии А. Д. Слоним, эти рефлексы в основном относятся к поддержанию соответствующей позы в состоянии спячки. Установлено, что рефлекс подтягивания на задних; конечностях у летучих мышей имеет локализацию в области продолговатого мозга. Глубокая спячка не только не ослабляет этот рефлекс, а, наоборот, усиливает его (Слоним А. Д. Экологическая физиология животных. М., Высшая школа, 1971).

У спящих летучих мышей неплохо сохраняется способность производить некоторые движения. Ставили такой опыт. Оцепеневшую летучую мышь помещали в клетку; таким образом, что зверек оказывался головой вверх. Через некоторое время, медленно переползая по стенкам клетки, он восстанавливал свое привычное положение, то есть подвешивался вниз головой. При этом общей активизации деятельности организма зверька и повышения температуры его тела не наблюдалось.

Как известно, изменения деятельности нервной системы спящего зимой животного заключаются главным образом в депрессии высших отделов головного мозга: коры, подкорковых узлов, области промежуточного мозга. Именно эти отделы ответственны за выработку условных рефлексов.

Исследователям не раз приходилось наблюдать исчезновение условных рефлексов даже после непродолжительной зимней спячки животного. Автору этих строк вспоминается собственный опыт с прирученным сусликом. Очнувшийся от спячки зверек, до этого ласковый и доверчивый, довольно долгое время совершенно не подпускал к себе людей. Такое его поведение было тем более поразительно, что «воспитывался» он в человеческом обществе чуть ли не с самого своего рождения.

У летучих мышей, хорошо надрессированных на выбор определенного места кормления, условный рефлекс исчезал даже после кратковременной зимней спячки. Тем не менее, учеными было замечено, что летучие мыши, ставшие вялыми и апатичными в связи с нервной нагрузкой при дрессировке, через две-три недели «зимнего» отдыха восстанавливают свою работоспособность. Более того, во время спячки намного быстрее проходит заживание различных травм, в том числе и переломов костей.

Первым ученым, который заинтересовался физиологическими особенностями летучих мышей в период их спячки, был, вероятно, Спалланцани. Измерив температуру погруженной в зимний сон летучей мыши, Спалланцани обнаружил, что она всего лишь на 2 градуса выше нуля. В то же время зверек, выведенный из оцепенения и находившийся в активном состоянии, имел температуру тела около 38 градусов.

Нельзя сказать, что летучие мыши были широко используемыми объектами при изучении спячки животных. Чаще всего опыты такого рода ставились на грызунах. И все же данные, касающиеся спячки летучих мышей, продолжали накапливаться. Так, еще в начале прошлого века было установлено, что частота дыханий зимующей летучей мыши уменьшается по сравнению с активным состоянием в 15-20 раз и составляет 5-6 дыханий в минуту. Процесс газообмена в организме спящего зверька понижается до предела.

Один из европейских ученых в прошлом же веке проделал опыт, который хотя и не назовешь гуманным (к сожалению, не все эксперименты с животными можно так назвать), однако был предельно прост я нагляден. Исследователь опускал бодрствующих летучих мышей с головой в воду. Животные задыхались через 2-3 минуты. Погруженные же в воду спящие зверьки находились в таком положении без всякого для них вреда около 15 минут.

Большую работу по наблюдению за спячкой летучих мышей проделал в 30-е годы известный советский эколог Н. И. Калабухов. Было установлено, например, что сердце активной летучей мыши способно сокращаться с частотой более 400 ударов в минуту, тогда как в состоянии спячки оно делает за то же время лишь 16 ударов.

Интересны опыты Н. И. Калабухова по изучению действия охлаждения на летучих мышей, зараженных инфекционным заболеванием. Животных заражали паразитами, вызывающими так называемую сонную болезнь. Активно живущие зверьки погибали через пару недель после введения инфекции. Из числа зараженных брали несколько животных, болезнь которых была уже в разгаре, но еще не достигла своего апогея. Этих зверьков помещали в холодильник при небольшой положительной температуре. Спустя несколько дней «охлажденные» летучие мыши выздоравливали. Чем ниже была температура в холодильнике, тем быстрее шло освобождение животных от паразитов. Такая способность сохранять защитные реакции организма во время охлаждения и спячки, несомненно, является очень полезной для летучих мышей. Она оберегает животных от коварных микробов в самый, казалось бы, подходящий для их действия момент (Калабухов Н. И. Спячка животных. М., Советская наука, 1946).

Физиологические процессы в состоянии зимней спячки полностью не прекращаются, а лишь сильно замедляются. Поскольку животные в период спячки, как правило, не питаются, стало быть, организм должен иметь какое-то определенное количество запасных питательных веществ, которое расходуется на поддержание жизни зверька. От того, насколько хватает этих веществ на долгую зиму, зависит благополучное пробуждение летучей мыши.

Как и у других зимоспящих млекопитающих, основным резервным веществом рукокрылых является жир. За его счет и происходят потери веса зверьков во время спячки. Потери эти могут быть весьма значительными - до одной трети первоначальной массы животного.

От количества запасенного жира зависят шансы летучих мышей на выживание. Обычно более «запасливыми», а следовательно, и более жизнестойкими являются самки. Кроме того, взрослые особи имеют несомненное преимущество перед молодыми зверьками. Ведь юным зверькам времени на «заготовку» зимних запасов остается не так уж много - первую половину лета они питаются только для того, чтобы подрасти. Да и опыт добывания пищи приходит не сразу.

Интересно, что сезонные различия жировых запасов характерны не только для впадающих в спячку летучих мышей умеренных широт. Рукокрылые тропиков в зимней спячке не нуждаются, но и у них отмечаются изменения количества жира в течение года. Уменьшение запасов жира связано обычно с сухим сезоном. Причем у растительноядных форм амплитуда колебания количества резервных веществ более сглажена, чем у насекомоядных. Это прежде всего связано с резкими сезонными изменениями обилия насекомых, тогда как растительные корма таким изменениям подвержены в меньшей степени.

Главной причиной, побуждающей рукокрылых умеренных широт впадать в зимнюю спячку, являются не столько температурные условия, сколько дефицит кормовых объектов. Ведь наши летучие мыши - животные исключительно насекомоядные. Вероятно, если бы проблема питания в зимнее время была решена, то природа непременно позаботилась бы о качестве их волосяного покрова, снабдив густой теплой шубкой. Но поскольку насекомые, увы, тоже не любители зимних прогулок, а летучие мыши ничем другим, кроме шестиногих, питаться не способны, то единственный выход из такого положения - временно прекратить активную жизнь, затаиться в достаточно теплых убежищах, переспать голодное время.

Рукокрылые, хорошо обеспеченные пищей, могут без особого труда переносить низкие температуры. Вспомним, например, вампиров. Объекты их добычи почти не лимитируются климатическими условиями. Будучи активными круглый год, кровососы способны охотиться даже при небольших отрицательных температурах.

Однако американские ученые установили, что некоторые виды летучих мышей умеренного пояса, проникающие в субтропические районы Флориды, несмотря на круглогодичное обилие насекомых, не могут обходиться без зимней спячки. Оказывается, необходимость зимней спячки, помимо всего прочего, обусловливается еще и физиологией размножения летучих мышей. Спаривание рукокрылых, как мы говорили, происходит осенью. Чтобы совершилось оплодотворение, половые продукты должны остаться жизнеспособными до весны. А это возможно только при достаточно низких температурах. Поэтому значительная часть летучих мышей, как это ни парадоксально, мигрирует на зимовку из Флориды к северу в штат Алабама, где температурные условия пещер обеспечивают им возможность длительного пребывания в оцепенении. Летучие мыши субтропического пояса спариваются весной, в зимней спячке в большинстве случаев не нуждаются и активны в течение всего года.

Рукокрылые субтропических и тропических стран находятся, в смысле питания, в совершенно ином положении чем летучие мыши умеренных широт. Они обычно не подвержены критическим колебаниям запасов кормов. Однако и у них характер питания накладывает отпечаток на уровень и интенсивность терморегуляции. Многие растительноядные и хищные рукокрылые прекрасно регулируют температуру тела. Их терморегуляция мало чем отличается от терморегуляции других высших млекопитающих. Поэтому их можно отнести к гомойотермным животным. Насекомоядные виды в тропиках занимают как бы промежуточное положение: при соответствующих условиях они легко впадают в оцепенение и в то же время способны к гомойотермии. Такое же промежуточное положение занимают рукокрылые - кровососы и рыболовы.

Каковы же условия, заставляющие тропических летучих мышей погружаться в оцепенение и снижать температуру тела? В основном это опять-таки недостаток пищи.

В лаборатории делали следующий опыт. Длинноязыких листоносов - любителей нектара и пыльцы лишали на одну ночь возможности добывать корм. На следующий день все зверьки поголовно впадали в спячку, со снижением температуры тела.

Способность к оцепенению определяется не только пищевой обеспеченностью, но и размерами тела зверьков. Например, крупные виды крыланов - гомойотермные животные, а их мелкие собратья в оцепенение впадают регулярно, каждый день. Для них понижение температуры тела - лучший способ сэкономить энергию маленького организма. При этом крыланы-карлики могут неплохо передвигаться, координировать свои движения и даже не отказываются от пищи.

Различия в терморегуляции в зависимости от размеров зверьков наблюдали и в опытах с листоносами - ямайским фруктоядным и сент-винсентским. Для этого животных помещали в холодильник и постоянно следили за температурой их тела. Мелкие ямайские листоносы поддерживали высокую температуру тела, находясь в холодильнике в течение 6 часов. Затем температура начинала понижаться и доходила до 18 градусов. Но существовать долго при таком уровне охлаждения зверьки не могли, через 12-14 часов они погибали. Сент-винсентские листоносы крупнее ямайских, и в ходе эксперимента они показали себя хорошо защищенными от температурных условий среды. Просидев в холодильнике более суток, все зверьки были здоровы и невредимы.

Летучие мыши нашей полосы впадают в зимнюю спячку большей частью в октябре. Некоторые виды, например ушан и северный кожанок, окончательно засыпают к середине - концу ноября. Правда, год на год не приходится - все зависит от погодных условий. Да и географическая широта местности, а, следовательно, и климат тоже имеют значение.

Температура в зимних убежищах летучих мышей обычно близка к нулю, иногда чуть выше, иногда чуть ниже. Виды, приспособившиеся к зимовке в дуплах деревьев и других малозащищенных от холода убежищах, могут переносить довольно длительное воздействие отрицательных температур. Экспериментально удалось установить, что рыжие вечерницы выдерживают полуторамесячную спячку при температурах на несколько градусов ниже нуля. Нетопыри-карлики, зимовавшие в щелях между балками церковного купола, подвергались температурным колебаниям от минус 5 до плюс 12 градусов. Описан случай, когда широкоушки зимовали в холодном могильном склепе; при этом зверьков окружали свисавшие со сводов потолка ледяные сосульки.

Однако многие, особенно более южные и теплолюбивые, виды предпочитают проводить зиму только при положительных температурах. Так, бурые ночницы немедленно просыпаются, если температура в пещере, где они зимуют, опускается ниже нуля. Проснувшись, зверьки ищут места потеплее, летят в дальние залы пещеры.

Чаще всего летучие мыши в своих зимних квартирах собираются большими или малыми компаниями. В одиночку зверьки спят редко. Иногда зимующие животные образуют огромные скопления - грозди. Очевидно, смысл таких скоплений - групповая терморегуляция, экономия энергии. Интересно, что бывают случаи, когда в одном зимовальном скоплении находятся зверьки разных видов.

Летучие мыши в зимней спячке, как и во время дневного отдыха, висят головой вниз, прицепившись одной или двумя ногами. «Забавную позу...- рассказывает А. П. Кузякин, - принимает ушан; свои огромные уши он подгибает под крылья, а основаниями торчащих козелков прикрывает слуховые проходы, как бы совсем изолируясь от постороннего шума. Спящие подковоносы нередко завертывают свое тело в широкие крылья» (Кузякин А. П. Летучие мыши). Некоторые виды, например водяные ночницы, любят устраиваться в узких трещинах в стенах пещеры. Иногда благодаря высокой влажности воздуха в пещерах висящие зверьки покрываются множеством мелких капелек своеобразной росы. Если температура в убежище падает, то эти капельки застывают. Зверек оказывается заключенным в тонкий ледяной панцирь. Такое явление особенно часто наблюдали у зимующих широкоушек. Ведь они, как известно, безболезненно переносят действие небольших отрицательных температур.

У многих видов наших летучих мышей весеннее пробуждение приурочено ко второй половине апреля. Сроки пробуждения почти не меняются из года в год.

Рано начинают просыпаться ушаны. Уже в последней декаде марта, особенно если погода стоит теплая, их можно видеть летающими над источенным проталинами весенним снегом. Ушаны, зимующие в пещерах, могут просыпаться и среди зимы. Выйдя из оцепенения, они перемещаются по убежищу. Временное зимнее бодрствование наблюдается и у других летучих мышей. В районах с мягким климатом периодически просыпаются и ведут активный образ жизни подковоносы, некоторые виды ночниц.

О причинах такого пробуждения известно немного. Зато очень хорошо изучены физиологические процессы, идущие в организме просыпающегося животного.

Какие же это процессы и как протекает само пробуждение?

Для того чтобы разогреть до необходимой температуры даже свое маленькое тельце, зверьку приходится затрачивать огромное количество энергии. Эта энергия образуется в результате разложения так называемого бурого жира. Бурая жировая ткань располагается в области сердца, диафрагмы и в спинной части тела между лопатками. Раньше считалось, что эта ткань представляет собой что-то, вроде своеобразной железы внутренней секреции. Позднее была установлена ее роль в энергетических процессах у зимоспящих животных.

Образование тепла за счет бурого жира особенно важно на ранних этапах пробуждения. Если в это время измерять температуру тела зверька в местах, к которым непосредственно прилегает бурая жировая ткань, то она оказывается на 8-10 градусов выше, чем температура других! участков тела. Вычислено, что большая ночница, просыпаясь и разогревая при этом свое тело, получает от бурого жира до 55 процентов всей энергии, которая необходима для полного пробуждения. Вероятно, и у других летучих мышей происходит нечто подобное.

Откуда же берется остальная часть энергии? Оказывается, ее получение связано с дрожанием зверька. В сущности, дрожание, есть не что иное, как движение определенных групп мышц, их активная работа. Выполняя эту работу, мышцы выделяют энергию в виде тепла. Многим млекопитающим, в том числе и человеку, удается таким способом препятствовать переохлаждению организма. Но если в обычном случае теплокровное животное отвечает дрожью на холодовое раздражение, то летучие мыши используют энергию дрожания для разогрева тела во время пробуждения. Эта система терморегуляции рукокрылых вступает в действие только после того, как организм уже достаточно прогрелся в результате реакций в бурой жировой ткани. При низких температурах дрожание невозможно. Так, ночницы начинают дрожать лишь через 20-30 минут после пробуждения, при температуре тела около 10 градусов. Далее, с повышением температуры примерно до 17 градусов интенсивность дрожания продолжает нарастать. После этого дрожь ослабевает и по достижении нормальной температуры прекращается.

Скорость пробуждения определяется в основном первым этапом теплообразования. Она тем выше, чем больше запас бурого жира. Если летучая мышь просыпается за зиму неоднократно, то с каждым последующим пробуждением количество жира становится все меньше и меньше. Поэтому в большинстве случаев частота пробуждения зверьков в середине зимы ниже, чем в начале спячки. Особенно если периоды активности не сопровождаются питанием.

Тем не менее, дело с активностью летучих мышей во время спячки обстоит намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. Для бразильского складчатогуба, например, доказано, что процент особей, способных переходить в активное состояние, зимой несколько выше, чем осенью. Вероятно, способность к пробуждению определяется не только величиной резервов жира, но и длительностью пребывания зверьков на холоде.

У нас остался невыясненным еще один момент, касающийся зимних пробуждений летучих мышей. А именно: значение таких пробуждений с точки зрения энергетики организма. Ради чего животное идет на огромные издержки своих запасов? Ведь не для того же, чтобы просто поразмяться после долгого висения вниз головой.

Полагают, что главная причина пробуждения летучих мышей - потребность избавиться от скопившихся во время спячки продуктов жизнедеятельности. Кроме того, иногда пробуждения сопровождаются пищевой активностью зверьков и могут иметь значение для энергетического баланса зимующего организма.

Новорожденные летучие мыши совершенно не способны к самостоятельной терморегуляции. Находясь с матерью, они целиком зависят от температуры ее тела. Если самку разлучить с детенышем, то через некоторое время малыш охлаждается до температуры окружающего воздуха совсем как типичное пойкилотермное животное. Детеныши многих видов летучих мышей выдерживают охлаждение до нуля градусов. Однако они не могут переносить высокой температуры - 42-43 градуса и более.

Наблюдения показали, что первые признаки терморегуляции у молодого поколения большой ночницы начинают проявляться уже в двухдневном возрасте. Двухнедельные зверьки днем сохраняют температуру тела, близкую к внешней, а ночью поддерживают ее на стабильном, довольно высоком уровне. Когда волосяной покров молодых ночниц становится таким же густым, как у взрослых, они приобретают способность полностью контролировать температуру своего тела.

Завершая рассказ о спячке и терморегуляции летучих мышей, коротко подведем итоги. Экологический смысл регулярного впадания рукокрылых в оцепенение со снижением температуры тела - как можно эффективнее сэкономить энергию, особенно в те периоды, когда пополнение ее затруднено или практически невозможно. Согласитесь, природа нашла мудрое решение этой проблемы. Она, как рачительный хозяин, временно приглушает костер, делает почти невидимым чуть теплящийся внутри огонек. Но проходит время, и она энергично раздувает его, не скупясь, одаривает желанным топливом неугасаемое пламя жизни.