едведей в лесу, новоангличанам в октябре, когда кончатся орешки, не обязательно погружаться в зимний сон.
Нам со студентами не удалось выследить медведя до берлоги. Если бы это получилось, мы могли бы найти его в куче хвороста, в полом дереве, под корнями или на куче веток в густой роще молодых елей или бальзамических пихт. Медведь может даже свернуться калачиком и впасть в зимний сон на открытой местности, предполагая, что в конце концов его занесет снегом. Гризли роют берлоги, выкапывая тонны земли, чтобы прорыть в холме ход с уютной камерой для сна на конце. «Пол» этого помещения медведи покрывают «матрасом» из веток, травы или перегноя, добытого из почвы по соседству.
Медведь может готовить зимнюю берлогу за несколько дней или недель до того, как залечь в нее. Некоторые животные ждут большой метели, после которой наконец забираются в подготовленное убежище. Медведи отличаются гибкостью и обилием индивидуальных отличий. Однако для большинства из них в конце лета и начале осени характерен жор, когда животные поглощают примерно в пять раз больше пищи, чем обычно, и нагуливают двенадцатисантиметровый слой жира. К концу осени они понемногу теряют аппетит и наконец перестают есть, а когда весной покидают берлогу, испытывают голод не сильнее, чем перед тем, как забраться в нее. Наоборот, если часть жира в теле сохранилась, аппетит возвращается к животному лишь через некоторое время. Вероятно, подавление аппетита перед зимним сном регулирует лептин, «гормон сытости», который выделяется жировыми клетками, циркулирует в крови и воздействует на центры аппетита в мозгу (Ormseth et al., 1996). Весной количество лептина падает, и аппетит растет.
Когда медведь впадает в спячку и впадает ли вообще? Этот распространенный вопрос нельзя считать хорошим научным вопросом, потому что ответ будет – как посмотреть. Часто, чтобы достичь точности, мы втискиваем реальность в рамки определений: и когда нужно решить, правильно ли что-то или неправильно, и живое ли нечто или неживое, и впадает ли оно в спячку. Проблема в том, что животные в простые рамки не вписываются. Они не подчиняются правилам, так что точность, искусственно полученная с помощью определений, в каждом отдельном случае в любой момент может рассыпаться.
Трехмесячный неспящий медвежонок забирается на сонную мать
У медведей во время зимовки наблюдается масса физиологических и поведенческих особенностей, но долгое время считалось, что они не впадают в спячку просто потому, что температура у них понижается слабо, а определение спячки предполагает низкую температуру тела. Во время гибернации температура у медведя остается около 35 °C, лишь чуть-чуть ниже 37–38 °C, при которых животное активно. При температуре тела 35 °C медведь слегка заторможен, но определенно реагирует на раздражители, особенно в виде человеческих исследователей, которые посмели проникнуть в его берлогу с намерением измерять температуру ректальным термометром или тыкать в животное шприцем, чтобы взять у него кровь и познать чудеса медвежьей физиологии во время зимовки. Впрочем, как оказалось, ключ к гибернации медведя кроется не в температуре в прямой кишке. Определяющие характеристики этого состояния проявляются в физиологии аппетита, работе выделительной системы, водном балансе и в том, что, несмотря на малоподвижное состояние животного, его кости не страдают. На самом деле чудесные свойства медведя в зимнем сне связаны с массой практических медицинских вопросов, остро стоящих для человека, особенно что касается старения, космических полетов и остеопороза.
В связи с гибернацией медведя одним из первых исследовали вопрос о том, как, несмотря на высокую скорость метаболизма (высокую температуру тела), животному удается всю зиму не пить и не выделять мочу. Человек тоже может долго обходиться без пищи, если у него в теле есть жир. Но без воды мы не можем. Если бы человеку зимой пришлось провести существенное количество времени в медвежьей берлоге, он, даже не потея, быстро оказался бы обезвожен из-за мочеиспускания. А если отключить почки, в крови быстро накапливаются отравляющие организм продукты обмена веществ, в первую очередь мочевина. Мочевина переносит азот и позволяет человеку избавиться от него, а азот образуется как продукт обмена при переваривании белков и нуклеиновых кислот. Медведь всю зиму не испускает мочу. Тогда возникает вопрос: мочевина нетоксична для медведя или вообще не образуется в его теле? Чтобы выяснить это, медики Ральф Нельсон и Дайана Стайгер из госпиталя Carle Foundation в Университете Иллинойса объединились с зоологом Томасом Беком из Управления дикой природы Колорадо, чтобы попытаться исследовать содержание мочевины в крови медведя в зимнем сне. Но как получить кровь? Медведь в берлоге достаточно бдителен, чтобы отрицательно реагировать на людей со шприцами. Отчасти с целью получить в проекте более покладистых испытуемых исследователи предприняли сложнейшую операцию. Они отлавливали медведей осенью и снабжали радиопередатчиками, чтобы позже находить подопытных животных в берлогах. Здесь медведей усыпляли из транквилизаторного ружья химическим средством (Ромпун), под действием которого те становились более сговорчивыми, и брать у них кровь оказывалось проще. Всего было взято и проанализировано 76 проб крови у 48 медведей.
Поскольку во время зимнего сна в обмене веществ медведя в основном используется жир, в крови накапливается не так уж много мочевины. То небольшое количество, которое все же образуется, преобразуется в креатин, а он нетоксичен. Кроме того, продукты обмена в виде азота не становятся токсичными, а используются повторно в биохимических процессах, где снова образуется белок. В результате, несмотря на низкую подвижность, мышечная масса животного не убывает. Так что за всю зиму медведю в спячке не нужно вставать ни попить, ни пописать. Вода остается в организме, потому что ей не нужно вымывать токсичные продукты обмена, а животное при этом сохраняет хорошую форму. Но это само по себе еще не делает медведя тем чемпионом среди лежебок, которым он является. Ученые продолжают выяснять другие удивительные подробности о его физиологических способностях.
Чтобы кости человека сохраняли свою структуру и функцию, скелет должен испытывать серьезную нагрузку, как наглядно показали испытания в невесомости в космосе (Johnson, 1998). Потеря минералов в костях составила для разных частей скелета от 3,4 до 13 % всего за 17 дней космического полета. Объем мышечной ткани сокращался с похожей скоростью, и люди стали беспокоиться о том, как продолжительные космические перелеты будут воздействовать на здоровье астронавтов (White, Avener, 2001). Аналогичным образом страдают от потери костной массы пациенты при параличе нижних конечностей, причем масса костей нижней половины тела за полгода после потери подвижности ног сокращается на 30 %. Таким образом, истинная причина ослабленности кроется не в космосе и не в невесомости как таковой. На самом деле в остеопорозе и потере мышечной массы виновато отсутствие физической активности, и, чтобы бороться с этим, в советской космической программе (которой принадлежит рекорд в виде 366-дневного космического полета) придавали особое значение усиленным тренировкам. Медведи обходятся без тренировок и не испытывают нежелательных эффектов. За долгую эволюционную историю медведя те, кто не мог вынести тягот продолжительной бездеятельности, оказались отсеяны.
Ученые в Исследовательском центре Эймса NASA изучали последствия пассивного образа жизни на здоровых молодых добровольцах, которым хорошо заплатили за то, чтобы они от нескольких дней до нескольких недель подряд провели лежа на спине в кровати (Miller, 1995). С 1971 года более чем на 500 участниках исследования в Центре Эймса показали, как драматически сидячий образ жизни воздействует на человека. При этом наблюдается не только потеря костной массы и мышечная слабость, но и ухудшение всасывания в кишечнике и преддиабетическое состояние с инсулиновой резистентностью. Ученые заключают, что в космическом полете тело фактически оказывается в таких же условиях, как при продолжительном нахождении в постели и как медведь во время зимнего сна. Возникает все тот же вопрос: как организм медведя борется с потерей костной массы?
Большая часть населения США страдает от недостатка физической активности, который создает своеобразную нагрузку на организм. Каждый третий американец старше 50 лет ведет совершенно сидячий образ жизни. В результате лишенные работы мышцы становятся невосприимчивы к инсулину, который в норме способствует всасыванию глюкозы; сахар в крови достигает опасного уровня всякий раз, как человек ест что-то сладкое, и возникает риск развития диабета взрослых (второго типа). Человеческий организм не приспособлен к низкой физической активности. В отличие от медведей, в нашей эволюционной истории физическая активность всегда присутствовала, мы не созданы так, чтобы долго бездействовать. Мы хищники, приспособленные к длительным нагрузкам, о чем я подробно пишу в книге «Зачем мы бежим, или Как догнать свою антилопу»[40]. Отсутствие физической активности плохо сказывается на всех органах тела, по крайней мере если при этом продолжать есть. Однако я полагаю, что и избыток калорий может быть важной переменной, потому что он часто возникает в результате отсутствия активности.
Ральф Паффенбаргер, медик из Стэнфордского университета, изучал влияние образа жизни на 17 000 студентах Гарварда на протяжении 25 лет после выпуска и пришел к выводу, что физические тренировки – важнейший фактор для здоровья и долголетия. Иными словами, недостаток физической активности вызывает последствия, аналогичные старению. Каждый час активных тренировок во взрослом возрасте продлевал жизнь на два часа. Очевидно, польза от физических упражнений ограниченна, иначе в какой-то момент человек с их помощью достиг бы бессмертия. Впрочем, слишком обильные тренировки тоже ускоряют процессы старения. Думаю, вопрос о том, какая нагрузка оптимальна, чтобы максимально продлить жизнь, связан не столько с размером нагрузок, сколько с количеством калорий, которые человек получает и сжигает. Есть корреляция между низким потреблением пищи и продолжительностью жизни. В то же время недоедание, конечно, укорачивает жизнь; таким образом, высокое потребление пищи тоже коррелирует с продолжительностью жизни. Разницу создает соотношение между