Физиология на службе экологии: от чего зависит устойчивость к холоду

Красная полевка один из объектов обсуждаемого исследования (Фото с сайта megabook.ru)

Механизмы устойчивости животных к действию факторов внешней среды – одна из самых интересных и важных задач экологической физиологии. В зоне умеренного климата один из главных «вызовов» для мелких животных это колебания температуры воздуха, нарушающие тепловое равновесие организма с окружающей средой. Для сохранения постоянной температуры тела в холодном климате эндотермные (теплокровные) животные должны либо генерировать дополнительное тепло, либо снижать его потери в окружающую среду. Дикие животные используют обе этих возможности. «Выбор» стратегии – экономной (снижение теплопотерь) либо затратной (повышение теплопродукции) – зависит от условий жизни животного: от того, где он живет, чем питается и на сколько велики у него выступающие части тела – уши, лапы и хвост.

Сотрудники лаборатории структуры и динамики популяций животных Института Систематики и экологии животных СО РАН при поддержке Российского научного фонда в зимнее время измеряли реакцию на холодовой стресс у мышевидных грызунов, населяющих различные местообитания юга Сибири и центральной Азии – леса, горы, степи. Животные исследованных видов имеют частично перекрывающиеся ареалы, но различаются по предпочитаемым биотопам, микроклиматическим параметрам среды, спектру поедаемых кормов, социальной организации популяций, размерам и форме тела. Среди 12 видов, отобранных для работы, были живущие в лесной подстилке, в каменистых биотопах, в норах и под землей, питающиеся семенами, зелеными и подземными частями растений. Эксперименты по измерению показателей энергообмена проводили в лабораторных условиях. Животных содержали в тепле, но при условиях освещения, соответствующих зимним. Сначала измеряли потребление кислорода в термокомфортных условиях, интерпретируя данный показатель как величину стандартного обмена. Затем, по потреблению кислорода в гелиево-кислородной смеси при охлаждении (6—7 ^оС) оценивали величину максимального (холодового) обмена. Помимо величины стандартного и максимального обмена, оценивали способность к поддержанию температурного гомеостаза (как показатель исчерпания метаболических резервов) и ее корреляцию с потреблением кислорода, измеренным на последней минуте холодового теста.

Анализ результатов измерений показал, что и стандартный, и максимальный холодовой обмен, и способность к поддержанию температурного гомеостаза существенно различаются у разных видов мышевидных грызунов. Как и ожидалось, мыши и хомячки, активные зимой и поедающие калорийную пищу, оказались более устойчивыми к действию холода, чем живущие в норах зеленоядные полевки, которые зимой перемещаются в основном под снегом. Физиологически хуже всего оказались защищены от холода подземные слепушонки, зимующие в норах на глубине ниже уровня промерзания почвы и не испытывающие на себе действия холода. Интересно, что даже родственные и экологически близкие виды могут очень сильно различаться между собой по физиологической реакции на холод. С чем это связано – еще предстоит выяснить.