Из местных видов меньше всех склонна к гибернации каролинская белка, которая в последнее время часто стала встречаться в пригородах. Она остается активной всю зиму. Когда в птичьих кормушках не слишком много подсолнечных семечек, этот зверек откапывает из-под неглубокого снега запасенные осенью желуди, орешки и кленовые семена. Если урожай его подвел, он будет питаться почками, а иногда – корой деревьев. Благодаря запасам пищи, уютным, покрытым листьями гнездышкам с хорошей теплоизоляцией и крупным размерам каролинская белка располагает достаточно большим источником энергии и способна сохранять тепло в теле, так что спячка ей не нужна.
Бурундукам свойственна «истинная гибернация»[22]. Как и многие другие наземные беличьи, они проводят всю или почти всю зиму в подземном гнезде, где сворачиваются клубочком, охлаждаются и впадают в оцепенение. Впрочем, они не пребывают в оцепенении всю зиму, иначе им не нужно было бы делать запасы, которые служат топливом для обогрева тела. В оцепенении животные не едят. Судя по большим защечным мешкам бурундука, его эволюция с древних времен была направлена на то, чтобы запасать пищу. Не знаю, сколько семян обычно набивает бурундук в оба мешка, – найдя сбитого зверька на дороге, я без труда просунул в один его мешок через ротик 60 черных семечек подсолнуха. В моей кормушке для птиц бурундуки редко упускают возможность наполнить оба мешка, тогда как каролинские и красные белки не уносят ни семечка. Все, что белки съедят, они съедят на месте.
Гибернация бурундука
Поздней осенью после хорошего урожая клена или если бурундуку удалось найти полную птичью кормушку, тот делает рейс за рейсом, каждый раз нагружаясь до отказа и направляясь в систему тоннелей зимовочной норы, где есть особые камеры-зернохранилища. Запасы очень пригодятся в марте, когда почти везде еще будет лежать глубокий снег. В это время настает сезон спаривания, и самцы бурундука выбираются на поверхность. Новой пищи на снегу пока нет, но по насту легко перемещаться, и те из мелких наземных беличьих, которые осенью сделали больше всего запасов, теперь могут полностью сосредоточиться на своей цели.
Обычно зимой бурундуки мне не встречаются. Они остаются под землей и впадают во временное оцепенение. Но, как показала зима 2000/01 года, когда на всей территории Мэна и Вермонта осенью случился исключительно обильный урожай желудей буковых и семян клена, оцепенение – это лишь один из вариантов поведения, а не что-то обязательное и непреложное. В тот год сахарные клены, красные дубы и буки разом дали небывалое количество семян, притом что до этого много лет вообще не давали урожая. В то же время снег был чрезвычайно глубокий. И все же, несмотря на частые бури, бурундуки всю зиму посещали нашу кормушку.
Остается ли бурундук совершенно активен или впадает в полное оцепенение, зависит от запасов пищи (Panuska, 1959). Но для оцепенения также нужен холодовой раздражитель. Гибернация у бурундука неглубокая, и, если взять животное в руки, оно обязательно проснется (Newman, 1967). При этом интенсивность метаболизма у него за час вырастет в целых 50 раз. В отличие от случаев, когда оцепенение вызвано голодом, например когда животное, для которого спячка нехарактерна, близко к смерти, охлаждение тела у бурундука при гибернации протекает не как пассивный процесс. При температуре воздуха 0 °C бурундуки регулируют температуру тела, но поддерживают ее около 6 °C, а не 37 °C, при которых животное активно. А когда воздух прогревается выше 15 °C, температура тела спящего зверька больше не регулируется, бурундук пассивно согревается и пробуждается (Newman, 1967).
Как мы говорили ранее, северные летяги к зиме не набирают жир, в отличие от бурундуков, и не одеваются в густой теплоизолирующий мех, как красные белки. Также они не делают запасов пищи. Вместо всего этого, чтобы решить энергетическую проблему, они собираются группками и жмутся друг к другу в уютных гнездах. Даже при –5 °C снаружи температура внутри гнезда остается достаточно высокой, чтобы зверькам не нужно было согреваться дрожью.
В отличие от восточноамериканского бурундука, у некоторых видов наземных беличьих в горах и пустынях на западе Америки оцепенение наступает не в ответ на холод. Эти животные впадают в спячку в самое жаркое и сухое время года и остаются в оцепенении всю зиму (Cade, 1963). Это происходит независимо от температуры и наличия или отсутствия пищи и воды. Один из таких видов, золотистый суслик (Citellus lateralis), прославился благодаря открытиям, которые, изучая его режим спячки, совершил Кеннет Фишер со своим студентом Эриком Пенгелли. В отличие от восточноамериканского бурундука, подопытное животное Фишера и Пенгелли не делает запасов, а накапливает перед спячкой жир в теле. Съесть нужно так много, времени так мало. Откуда животное знает, когда начинать? Как выяснилось, оно ориентируется по внутреннему календарю.
Фишер и Пенгелли заподозрили, что их суслики живут по внутреннему календарю, когда животные, которых в лаборатории Университета Торонто содержали при постоянных световых и температурных условиях, в октябре прекратили есть и пить и впали в спячку одновременно с теми, кто находился на воле, в естественной среде. В ходе единого эксперимента, длившегося четыре года подряд, у золотистых сусликов в отсутствие каких-либо внешних сигналов продолжал действовать цикл питания, накопления жира и оцепенения. Цикл составлял чуть меньше года, от 324 до 329 дней вместо 365. Цикличность поведения и физиологических процессов сохранялась у животных, которых круглый год содержали в лаборатории как при постоянной температуре 0 °C, так и при 22 °C. При постоянных 30 °C они переставали впадать в спячку, хотя продолжали питаться и накапливать жир согласно годичному циклу, который обычно с ней связан. Эти поразительные результаты подтвердили, что суслики живут по внутренним часам, и по аналогии с уже известным циркадным, или суточным, ритмом, чтобы обозначать годичный цикл, Пенгелли и Фишер придумали термин «цирканный ритм» (от лат. circa – «приблизительно», annum – «год»). Ученые показали, что такие же годичные циклы регулируют миграцию птиц и спячку других видов подземных грызунов. Этот механизм действует не только при подготовке к глубокой спячке, но и при пробуждении. Самый известный пример тому – сурок.
Сурок – крупный представитель наземных беличьих. Голландские поселенцы старой Пенсильвании не то сложили, не то распространили легенду о его удивительно точном внутреннем календаре. На свете есть по крайней мере один сурок, Панксатонский Фил, который с большой пунктуальностью каждый год выбирается из норы 2 февраля (это происходит в Пенсильвании и ровно в тот момент, когда новостные съемочные группы включают телекамеры), чтобы посмотреть, видна ли его тень, и решить, вернуться ли в нору поспать еще две недели или нет.
Выживание сурка действительно зависит от точности режима: ему нужно подстроиться под появление растительных кормов[23]. Когда есть возможность, сурок питается салатом, морковью, горохом, бобами и другими свежесобранными культурами. Природный рацион из сочных частей травянистых растений его устраивает, только если он не может пробраться в огород. В любом случае пища ему доступна всего около трети года. К тому же зелень и овощи плохо хранятся в условиях постоянной влажности под снегом и в подземных норах. Тут запасы быстро превратились бы в плесневелую кашу. Решение проблемы нашли пищухи, или сеноставки, – родственницы кроликов, проживающие в гористой местности, где более ветрено и сухо. Они собирают зелень и сушат ее, затем хранят сено, питаясь им всю зиму. У сурка другая методика. Он превращает зелень не в сено, а в толстые слои телесного жира, и получается это у него благодаря потрясающему аппетиту, появляющемуся по точной программе.
У тучности есть одно преимущество: она позволяет животному оставаться в безопасности, когда оно неактивно в своем убежище. В остальном тучное животное – гораздо более привлекательное лакомство для хищников, а его скорость и проворность снижаются. Чтобы проводить в этом состоянии поменьше времени, сурку нужно располнеть как можно быстрее и сильнее. Для успеха предприятия он начинает накапливать жир лишь в самом конце лета. Таким образом, ему нужно не только знать, чем питаться, но и сверяться с календарем, чтобы понять, когда пора начать есть, как в последний раз. Следовательно, как и золотистому суслику, годичный цикл сурку необходим, чтобы пережить зиму.
Теперь обратимся к арктическому суслику (Spermophilus parryii), чтобы рассказать одну из самых удивительных историй, связанных со спячкой и выживанием зимой у млекопитающих. Арктический суслик – представитель наземных беличьих, золотисто-серый с мелкими белыми пятнышками, по размеру крупнее бурундука, но меньше сурка. Это самое северное млекопитающее во всей канадской и сибирской тундре, для которого характерна спячка. В течение восьми месяцев зверек лежит, свернувшись комочком, в вечномерзлом грунте вблизи от слоя льда и поддерживает температуру тела на уровне точки замерзания воды и ниже. Брайан Барнс и его коллеги в Аляскинском университете в Фэрбенксе много лет пытались выяснить, как выживают эти животные. Ученые проводили полевые исследования на биостанции на озере Тоолик у подножий хребта Брукс-Рейндж, а также на огороженных участках и в лаборатории в Фэрбенксе.
Как и другие виды наземных беличьих, на время спячки арктические суслики роют норы и строят подземные гнезда. Но поскольку они обитают в зоне вечной мерзлоты, то не могут закопаться достаточно глубоко, чтобы избежать отрицательных температур зимой. Вместо этого они роют почву в конце лета и осенью, когда начинает холодать. Температура окружающей среды падает всю осень и зиму, и ученые, постоянно регистрируя температуру тела животных с помощью радиопередатчиков, установили, что во время оцепенения тела сусликов охлаждаются одновременно с почвой. Примечательно, однако, что температура в норке продолжает падать и к декабрю достигает –15 °C, а температура тела арктического суслика до этого значения не опускается. Она стабилизируется где-то между –2 °C и –2,9 °C. Таким образом, с этого момента температура тела оцепенелого животного уже не изменяется пассивно, а регулируется. Она поддерживается на уровне 8–9° ниже, чем у зимующего бурундука в спячке, но на 12–13° выше температуры почвы. Ни для какого животного ранее не удавалось показать, чтобы оно поддерживало температуру тела около 0 °C, не говоря уже о двух и более градусах ниже точки замерзания воды. Более того, при температуре тела целых –2,9 °C арктические суслики не заледеневают. Барнс заинтересовался, нет ли в их крови криопротектора. Чтобы выяснить это, он взял у суслика в спячке плазму крови и в лаборатории определил точку ее замерзания. Кровь замерзала примерно около –0,6 °C. Следовательно, веществ, снижающих температуру замерзания, в ней