Пізні дитинчата садової соні ростуть не так, як ранні • Поліна Лосева • Новини науки на "Елементи" • Екологія, Етология

Пізні дитинчата садової соні ростуть не так, як ранні

Eliomys quercinus) "Border = 0>

Мал. 1. Садова соня (Eliomys quercinus). Ці невеликі (дорослі особини виростають до 10-15 см без урахування хвоста, який зазвичай трохи коротше тіла) гризуни поширені в Європі, особливо в Південно-Західній частині. Соні активні в основному в сутінках і вночі. Вони всеїдні – харчуються рослинною їжею і комахами, але при нагоді можуть з'їсти інших дрібних гризунів або пташенят. Фотографії з сайту commons.wikimedia.org

Тварини можуть по-різному розпоряджатися енергією, яку вони отримують з їжі: запасати ресурси запас або витрачати їх на зростання. Але максимально можливі темпи зростання досягаються рідко і тільки при несприятливих умовах. Так відбувається з дитинчатами садової соні з другого посліду: вони народжуються на 2-3 місяці пізніше своїх старших братів і сестер і повинні встигнути наздогнати їх у розвитку до настання холодів. У недавньому дослідженні вчені з'ясували, що спосіб життя і обмін речовин у молодшого посліду особливий: щоб вижити, їм доводиться збирати жир ще до народження, а потім – більше їсти і спати.

Новонароджені тварини, як правило, більш уразливі, ніж дорослі особини. Тому їм вигідно зростати як можна швидше. Однак найчастіше дитинчата не ростуть з максимально можливою швидкістю.Перевіряється це таким експериментом: можна виміряти стандартну швидкість росту контрольної групи, а дослідну групу потримати деякий час в стресових умовах – наприклад, при дефіциті їжі. Виявиться, що, як тільки голодувати група отримає можливість їсти досхочу, її темпи зростання тут же обженуть контрольну.

Виникає питання: чому тварини гальмують власний ріст, якщо вигідно вирости якомога швидше? На цей рахунок є різні міркування. Перше – практичне: чим більше тварина їсть, тим більше часу воно проводить в пошуках їжі і тим вище шанс бути поміченим і з'їденим хижаком. Через це перевага можуть отримувати особи, які більше часу ховаються і тому їдять менше і ростуть повільно.

Друге міркування – фізіологічне: швидке зростання часто викликає несприятливі наслідки для всього організму. Експерименти на птахів, риб і ссавців показали, що прискорене зростання може призводити до скорочення життя, зниження плодючості і ослаблення організму (наприклад, у птахів пір'я стають більш крихкими; см. NB Metcalfe, P. Monaghan, 2003. Growth versus lifespan: perspectives from evolutionary ecology)

Цьому факту можна дати кілька пояснень.З одного боку, якщо тварина росте швидше за норму, то це може бути пов'язано з тим, що в ранньому дитинстві умови життя рости йому не дозволяли (було холодно або не вистачало їжі). При цьому могли накопичитися дефекти раннього розвитку, які потім збережуться на все життя. Можна собі уявити, що клітини ділилися повільно і їх утворилося недостатньо. Потім організм починає надолужувати згаяне і рости, але поділ клітин в деяких органах (наприклад, нервовій системі) вже неможливо. В такому випадку проблеми виникають не через факту зростання, а через сформованих умов життя. Але, з іншого боку, ці дефекти не повинні виникати при нормальних умовах, коли організм намагається швидко вирости просто так. Однак і тут є підступ. Чим більше тварина їсть, тим більше його клітинам доводиться добувати енергію з їжі. Для цього необхідний кисень, а цей елемент дуже активний і може утворювати вільні радикали. Радикали ушкоджують інші молекули клітини, в тому числі і ДНК, при цьому розвивається окислювальний стрес, і клітина перестає ділитися. І при швидкому зростанні таких пошкоджених і не діляться клітин стає більше – це зворотний бік прискореного зростання.

Але дитинчат садової соні доводиться ризикувати. На півдні свого ареалу (в Середземномор'ї і південній Європі) соня встигає принести два потомства за один сезон. Часу у неї на це небагато: вона прокидається в квітні, а засинає в жовтні-листопаді. При цьому вагітність триває близько місяця і ще приблизно місяць йде на вигодовування. Тому дитинчата першого посліду старше своїх молодших братів і сестер мінімум на два місяці. А в експерименті, поставленому вченими з Австрії та Франції, різниця склала три місяці (перший послід в травні, другий – у серпні). Зима ж у всіх настає за розкладом. Можна, звичайно, відкласти початок сплячки, щоб підрости і "нагуляти жир", але ніяк не на три місяці. Це означає, що молодшому помету доводиться прискорювати свій розвиток. Вчені перевірили, за рахунок яких механізмів молодші соні ростуть швидше і які короткострокові наслідки викликає цей прискорене зростання.

Швидкість росту організму залежить від співвідношення енергії, що поглинається з їжею, і енергії, що витрачається. Витрачати енергію організм може по-різному: на різного роду активність, на зростання (поділ клітин, синтез біополімерів) або на запаси у вигляді жирової тканини.Пізно дитинчат соні потрібно наздогнати старших братів відразу за двома параметрами: розмір тіла і запаси жиру, достатні щоб пережити зиму. Тому їм доводиться економити на повсякденному активності. Для цього соні проводять частину денного часу (вони нічні тварини) в стані торпор (daily torpor) – заціпеніння, близького до анабіозу. При цьому у них знижується температура і сповільнюються процеси обміну, вони стають майже холоднокровними. Таким чином, змінюючи співвідношення енергії, що поглинається до витрачається, соні регулюють швидкість росту.

Автори дослідження спостерігали за поведінкою 4 груп дитинчат. Серед них були як ранні, так і пізні. Кожну з цих груп теж поділили на дві частини: одних годували повноцінно (ad libitum, До насичення), другу піддавали випадковому голодування (залишали без їжі на 24 години двічі на тиждень, дні голодування вибиралися випадковим чином). При цьому вчені відстежували різні фізіологічні параметри дитинчат сонь: швидкість росту і накопичення жиру, режим дня, час впадання в сплячку і виходу з неї, плодючість в наступному сезоні. Ось що вдалося виявити.

Пізні дитинчата народжувалися меншого розміру, ніж ранні, але росли в два рази швидше і наздоганяли ранніх за півтора місяці (рис. 2, зліва).При цьому пізні дитинчата народжувалися з більшою масою жиру, але до моменту входу в сплячку ранні все-таки виявлялися товщі. Показово, що ці параметри не залежали від режиму харчування.

Мал. 2. зліва – зміна довжини тіла дитинчат садової соні з часом (тут і на наступних графіках вказані середні значення по групах), справа – споживана ними енергія (в МДж). Позначення: EB – дитинчата з раннього посліду (early-born), LB – з пізнього (late-born), AL – повноцінне харчування (ad libitum); IF – періодичне голодування (intermittently fasted). Спостереження за ранніми дитинчатами йшли довше, оскільки у них було більше часу до сплячки. Зображення з обговорюваної статті в eLife

Рівень обміну речовин визначали за споживанням кисню. У всіх дитинчат він поступово знижувався при наближенні сплячки. При цьому у пізніх дитинчат він був нижче в нічний час, ніж у ранніх, а у голодували – нижче ніж у ситих в денний час. Стратегія споживання енергії у різних дитинчат теж відрізнялася. Соні першого посліду збільшували споживання поступово, повільно виходили на пік і знижували його тільки перед самою сплячкою. Соні другого посліду починали їсти багато, як тільки знаходили самостійність.Вони їли в цілому більше і набагато швидше досягали рівня своїх старших братів (рис. 2, праворуч).

Пізні дитинчата почали впадати в стан заціпеніння раніше (через місяць після набуття самостійності), ніж ранні (через два місяці). При цьому вони швидко наздогнали старших братів по частоті торпор і перегнали по середньої тривалості. Цікаво, що тут режим харчування зіграв свою роль – ті, кого годували менше, "спали" в середньому більше і частіше, економлячи енергію (рис. 3).

Мал. 3. частота (зліва) І середня тривалість торпор у садової соні. Позначення ті ж, що на рис. 2. Зображення з обговорюваної статті в eLife

При цьому як у ранніх, так і у пізніх дитинчат з наближенням сплячки скорочувався час щоденної активності. Однак пізніші дитинчата економили сильніше: вони були активні в два рази менше часу ніж ранні (рис. 4).

Мал. 4. Денна активність брали участь в експерименті садових сонь (в хвилинах). Зображення з обговорюваної статті в eLife

Різницю в три місяці в часі народження повністю компенсувати не вдається, тому пізні дитинчата впадали в сплячку майже через півтора місяці після ранніх.Однак при цьому вони встигали якісно підготуватися – у різних послідом не відрізнялися ні час пробудження зі сплячки, ні частота тимчасових зимових пробуджень, ні температура тіла. Більш того, після сплячки пізні і ранні дитинчата не відрізнялися за масою тіла (що означає, що ранні схудли сильніше). Режим харчування теж на сплячку ніяк не вплинув.

Побоювання з приводу зниженої здатності пізніх виводків до розмноження не підтвердилися. Навіть навпаки – пізні соні виявилися на 18% більше плідними ніж ранні. Зате плодючість знижувалася у голодували сонь (на 16% в порівнянні з ситими) і у тих, хто розмножувався пізно (пізні послід на 30% менше ранніх). Втім, на стан потомства ці фактори не впливали.

За результатами цих вимірів можна відновити механізми, які допомагають молодшим соням нагнати старших. Відмінності починаються ще в утробі матері, тому що пізні дитинчата народжуються з бпрольшим запасом жиру. Можна припустити, що їх обмін речовин змінюється у відповідь на скорочення світлового дня. При цьому епіфіз матері виділяє більше гормону мелатоніну, який проникає крізь плаценту і діє на потомство. Після народження пізні дитинчата живуть більш інтенсивно, ніж ранні.Вони більше їдять і швидше ростуть. Але щоб знизити витрати енергії, вони раніше починають впадати в стан торпор днем, економлячи на терморегуляції під час неактивності. Правда, торпор не сумісний з швидким зростанням, тому що при цьому знижується температура тіла і сповільнюється обмін речовин. Так що в періоди активності соням доводиться споживати ще більше їжі, виникає замкнуте коло. Тут варто сказати, що експериментальні умови істотно м'якше природних, тому що їжа доступніше, а пошук її не сполучений з небезпекою нападу хижака. Так що не виключено, що в природних умовах пізно народженим соням доводиться важче. Торпор працює і як захист від відсутності їжі – якщо енергії надходить мало, можна зменшити її витрата і перечекати голодні часи. Це загальна стратегія для всіх дитинчат соні.

Несподіваним виявився той факт, що пізні дитинчата не надаються в програші при зимівлі. Вони не просто встигають вирости і накопичити жир, але і до моменту закінчення зимівлі за вагою не відрізняються від ранніх. Крім того, у інших видів тварин пізні дитинчата часто згодом менш плодовиті.Це називають "ефектом срібної ложки": ті, кому пощастило при народженні, хто народився в більш сприятливих умовах (тобто зі срібною ложкою), будуть більш успішні і в подальшому. Однак у сонь, по крайней мере, в перший рік їх життя, цей ефект не спостерігався: пізні соні розмножувалися навіть активніше, ніж ранні. Можна припустити, що це адаптація до укороченою життя. Якщо дійсно швидко зростаючі організми живуть менше, то їм вигідно розмножуватися швидше. Тоді виходить, що у пізніх дитинчат соні прискорюється все життя: швидке зростання, швидка зимівля, швидке розмноження, швидка смерть. Однак соні живуть близько 5 років, так що довгострокові наслідки пізнього народження ще належить перевірити

джерело: B. Mahlert, H. Gerritsmann, G. Stalder, T. Ruf, A. Zahariev, S. Blanc, S. Giroud. Implications of being born late in the active season for growth, fattening, torpor use, winter survival and fecundity // eLIFE. 2018. DOI: 10.7554 / eLife.31225.

Поліна Лосева


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: