Мы, зимоспящие млекопитающие, но при этом ещё умеем летать

Северный кожанок в мраморной пещере Рускеала (Республика Карелия). Уникальные физиологические адаптации позволяют существовать этому виду даже за Полярным кругом. (Иллюстрация предоставлена авторами)

Помимо общих для всех зимоспящих млекопитающих у летучих мышей обнаружены уникальные физиологические особенности, связанные с их способностью к полету. Среди таких «парадоксальных» приспособлений – наличие суточного снижения температуры тела (торпора) даже в летний период, выбор мест зимовки с повышенной влажностью и их периодическая смена в течение спячки, относительно небольшие жировые запасы, высокая скорость разогрева при пробуждении и остывания при вхождении в зимнюю спячку. В местах зимовки летучие мыши не испытывают гипоксии и гиперкапнии, характерных для зимних убежищ грызунов. Фенология годового цикла летучих мышей существенно различается между полами и отличается от таковой у зимоспящих грызунов.

Гладконосые летучие мыши, обитающие на северной периферии ареалов, обладают исключительными физиологическими адаптациями к условиям среды. Отличительные особенности этих млекопитающих – способность к активному полёту и зимняя спячка – определяют их успешное выживание в суровых климатических условиях. Активный полёт летучих мышей энергетически эффективен за счёт особенностей скелета, развитой мускулатуры и определённого уровня метаболизма, позволяющего поддерживать высокий уровень активности во время полёта, даже при низких температурах. Во время зимней спячки (гибернации) летучие мыши значительно замедляют свой метаболизм, снижая температуру тела и частоту сердечных сокращений, что позволяет им экономить энергию в периоды, когда пища (насекомые) недоступна. При выборе мест зимовки животные предпочитают прохладные, но устойчивые по температуре места (пещеры, старые шахты или чердаки зданий). Значительная площадь непокрытых шерстью летательных перепонок, через которые осуществляются теплообмен, газообмен и потеря воды, определяет важность не только температуры, но и влажности среды обитания этих животных как в зимнее, так и в летнее время. Независимо от того, остаются летучие мыши в местах летнего обитания или перемещаются южнее (порой на тысячи километров), они впадают в гибернацию. Места зимовки рукокрылых (пещеры, старые шахты или чердаки зданий), существенно отличаются от небольших, "вырытых по размеру" и часто изолированных нор зимоспящих грызунов, что позволяет последним регулировать в них микроклимат во время периодических пробуждений. Поскольку жировые запасы летучих мышей ограничены, в период спячки они используют не только обычные пробуждения с возвратом к нормотермии, но и так называемые „холодные“, когда температура тела повышается лишь до 10–15 °C. При этом животные могут поменять место спячки, переползая или перелетая в более подходящие температурные условия, а продолжительность таких пробуждений значительно меньше, чем нормотермических, что позволяет экономить жировые запасы.

Потребность летучих мышей умеренного пояса в энергии колеблется в течение сезонов и различается у самцов и самок в зависимости от асинхронности подготовки к репродуктивному периоду (Рис. 1). В отличие от зимоспящих грызунов спаривание (роение) большинства видов летучих мышей приурочено к концу лета – началу осени, а потомство у самок появляется только в конце весны – начале лета. Самки используют жировые запасы, остающиеся после зимней спячки, для поддержания беременности весной, в то время как самцы инвестируют энергию в размножение в осенний и ранний зимний брачный период. Самки, особенно те, которым необходимо приносить потомство, как правило, раньше самцов вылетают из зимних убежищ. Летом беременные самки, по сравнению с кормящими, реже используют оцепенение, или оно является менее глубоким, что позволяет им добиться максимального репродуктивного успеха, задерживая роды до тех пор, пока погодные условия станут более благоприятными для роста молодых особей, и повысится доступность насекомых.

Рисунок 1. Схема годового цикла гладконосых летучих мышей умеренной зоны. Находящиеся в зимней спячке самки (1) прерывают ее (2) раньше самцов для восстановления некоторых физиологических функций и инициации беременности (3). После родов и короткого лактационного периода (4) самки восстанавливают остальные физиологические функции (5), затем у них происходит накопление жира и спаривание (6). Уход в зимнюю спячку (7) у самок происходит раньше самцов. Выход из зимней спячки самцов (8) происходит позже самок, после чего они восстанавливают физиологические функции (9), готовятся к осеннему спариванию (10) и спариваются (6). После накопления необходимых запасов жира (11) самцы позже самок занимают места зимней спячки (12). Наклоны стрелки указывают на степень использования жировых запасов во время зимней спячки. Светлые контуры летучих мышей – животные не используют суточный торпор, серые контуры – животные используют суточный торпор, черные контуры – животные находятся в состоянии зимней спячки. Римскими цифрами обозначены месяцы года. (Иллюстрация из обсуждаемой статьи)

Необходимость максимально облегчить массу тела для полёта приводит не только к ограничению накопления жировых запасов для зимней спячки иногда с предшествующей ей миграцией, но и к необходимости облегчения скелета, в результате чего уменьшается и объем костного мозга – места образования и созревания клеток крови. Для рукокрылых не характерны массивные селезенка, печень и лимфоузлы желудочно-кишечного тракта – основные места депонирования клеток крови в период гибернации у других зимоспящих. Чтобы снизить вязкость крови во время спячки возникает необходимость перестройки её клеточного состава. У летучих мышей, в отличие от большинства зимоспящих млекопитающих, уровень клеток белой крови очень низок, для них не характерно резкое изменение содержания количества лейкоцитов и лимфоцитов при снижении температуры тела, а показатели красной крови, необходимые для обеспечения полета, остаются высокими в течение всего года. Для обеспечения достаточным количеством кислорода головного мозга, независимо от температуры среды, летучие мыши даже при гибернации сохраняют антиортостатическое положение – висят вниз головой.

Таким образом, сочетание активного полёта и зимней спячки создаёт уникальную стратегию выживания летучих мышей. Активный полёт позволяет им использовать доступные ресурсы в тёплое время года и мигрировать при необходимости, а зимняя спячка – переждать неблагоприятный период с минимальными затратами энергии. Такие адаптации делают их одним из самых успешных отрядов млекопитающих на Севере, несмотря на суровые условия окружающей среды.