Кіріспе

Жануардағы физиологиялық белсенділіктің төмендеуі

Топор – жануардағы физиологиялық белсенділіктің төмендеуі, көбінесе дене температурасының және метаболизмнің төмендеуімен сипатталатын күй. Топор жануарларға тамақ жеткіліксіз кезеңдерде тірі қалуға мүмкіндік береді. "Топор" термині гибернацияға (қысқы ұйқыға) түскен жануардың дене температурасы төмен болған, бірнеше күнге немесе апталарға созылатын уақытын немесе "күнделікті топор" сияқты, дене температурасы мен метаболизмінің 24 сағаттан кем уақытқа төмендеуін білдіруі мүмкін. Күнделікті топорға ұшырайтын жануарларға құстар (оның ішінде өте кішкентай колибрилер, Cypselomorphae) және кейбір сүтқоректілер, соның ішінде көптеген сумкалы жануарлар, кеміргіштер (мышықтар сияқты) және жарықанаттар жатады. Мұндай жануарлар күндізгі белсенділік кезінде қалыпты дене температурасын және белсенділік деңгейін сақтайды, бірақ энергияны үнемдеу үшін күнінің бір бөлігінде (әдетте түнде) метаболизмнің жылдамдығы мен дене температурасы төмендейді. Кейбір жануарлар маусымдық түрде ұзақ уақыт бойы белсенділіктен тоқталып, дене температурасы мен метаболизмі төмендейді, бұл бірнеше топор кезеңдерінен тұрады. Егер бұл қыста болса, онда ол гибернация (қысқы ұйқы) деп аталады, ал жазда болса – эстевация (жазғы ұйқы) деп аталады. Керісінше, күнделікті топор маусымдық емес және жылдың кез келген уақытында энергияны сақтаудың маңызды бөлігі болуы мүмкін. Топор – жақсы бақыланатын терморегуляциялық процесс және бұрын ойлағандай, терморегуляцияны тоқтатудың нәтижесі емес. Сумкалы жануарлардың (марсупиал) топоры, еутериан сүтқоректілердің топорынан ояну сипаттамаларымен ерекшеленеді. Эутериан оянуы жылу өндіретін қоңыр майлы тінді қайта жылынуды жеделдету механизмі ретінде пайдаланады. Сумкалы жануарлардың ояну механизмі белгісіз, бірақ қоңыр майлы тініне сүйенбейтін сияқты.

Эволюция

Топордың эволюциясы гомеотермияның дамуымен қатар жүрді. Өз түрінің басқа өкілдері мұндай мүмкіндікке ие болмағанда, қоршаған орта температурасынан жоғары дене температурасын сақтай алатын жануарлар, тіршілікке бейімделуде артықшылыққа ие болды. Ішкі температураны сақтаудың пайдаларына – азық табу уақытының ұзаруы және температураның күрт төмендеуіне төмен сезімталдық жатады. Гомеотермия белсенділік деңгейін арттыру сияқты артықшылықтар ұсынса да, кішкентай сүтқоректілер мен құстар, дене температурасын тұрақты ұстау үшін, төмен қоршаған орта температурасында эктотермдерге қарағанда 100 есе көп энергия жұмсайды. Бұл қиындыққа қарсы тұру үшін, бұл жануарлар дене температурасын қалыпты температурадан едәуір төмен ұстайды, қоршаған орта температурасынан сәл жоғары сақтайды. Дене температурасы мен метаболизм жылдамдығының төмендеуі, топорға түсуге қабілетті жануарлардың ұзақ өмір сүруіне мүмкіндік береді. 2020 жылы ғалымдар Антарктидада шамамен 250 миллион жыл бұрын өмір сүрген Листрозаврдың топорға түсуінің куәлігін жариялады – омыртқалы жануарларда қысқы ұйқыға ұқсас күйдің ең ерте дәлелі.

Функциялар

Ресурстар жеткіліксіз болған кезде энергияны сақтау үшін метаболизм жылдамдығын төмендету – топордың негізгі мақсаты болып табылады. Бұл қорытынды көбінесе тамақтан қырыққан кезде топордың пайда болатыны байқалған зертханалық зерттеулерге негізделген.

Кіші құстардың энергиясын үнемдеуі

Құс ұшқыны – шағын көшпелі құстардың дене энергиясын сақтау стратегиясы болып табылады. Көшіп бара жатқанда түнгі уақытта тынығатын колибрилердің тоңғаруға түсетіні байқалды, бұл оларға көшу кезінде немесе биік таулардағы суық түндерде май қорын сақтауға көмектеседі. Солтүстік Американың қоңыржай ормандарында мекендейтін қарашапанды шұбарлар қыс айларында оңтүстікке көшпейді. Шұбардың дене температурасы қалыптыдан 12 °C төмендей алады. Бұл метаболизмнің төмендеуі оған бұрынғы күні жинаған май қорының 30% -ын сақтауға мүмкіндік береді. Мысалы, жоғары ендікте тіршілік ететін кеміргіштер көбею маусымы болмаған кезде тоңғаруды маусымдық түрде пайдаланады. Бұл кеміргіштер қыс айларын өткеру үшін тоңғаруды қолданады және азық көздері жеткілікті болғанда келесі көбею циклында көбеюге тірі қалады, тоңғару кезеңдерін көбею кезеңінен ажыратады. Шығыс ұзын құлақты жарықанат қыста тоңғарады, бірақ жылы күндері оянып, азық іздей алады. Кейбір жануарлар көбею циклында, әсіресе болжамсыз ортада тоңғаруды пайдаланады. Соңғы 500 жылда жойылып кеткен 61 сүтқоректі түрінің ішінде гетеротермдердің тек төртеуі ғана бар. Алтын тікенді егешкен, жалпы тікенді егешкенмен диетасындағы үлестің арқасында тамақ жетіспеген кезде, тоңғару күйінде көбірек уақыт өткізеді.

Шошқаның паразиттерге төзімділігі

Температураның төмендеуі, есіктікке ұшырағанда, паразиттердің көбею қабілетін төмендетуі дәлелденген. Орташа белдеулерде, жартастар есіктікке енген кезде, олардың сыртқы паразиттерінің көбею қарқыны төмендейді. Жартастар есіктікке түспейтін аймақтарда паразиттер жыл бойына тұрақты көбею қарқынын сақтайды.

NASA Марсқа арналған миссия үшін терең ұйқы нұсқасы

2013 жылы SpaceWorks Engineering Марсқа адамдарды жіберу экспедициясының құнын күрт төмендету үшін, экипажды 90-180 күнге созылған топорға (есіктен тыс ұйқыға) енгізу арқымызды зерттеуді бастады. Ұйықтаған күйінде саяхаттау астронавттардың метаболизмін баяулатып, көп жылдық миссиялар барысында тіршілік етуді қамтамасыз етуге қажетті ресурстарды азайтуға мүмкіндік береді.