Бурозубки со сжатым на зиму мозгом пошли против известных правил метаболизма

Хотя у обыкновенных бурозубок к зиме снижаются масса тела в целом и мозга в частности, скорость их метаболизма, вопреки экологическим правилам, не растет, сообщается в Royal Society Open Science. Чем мельче организм, тем быстрее в пересчете на единицу массы тела он охлаждается (и тем больше сил надо на поддержание постоянной температуры), но на бурозубок эта закономерность не действует. Интересно, что от поглощения кислорода мозгом скорость обмена веществ бурозубок в данном случае почти не зависит.

Чтобы поддерживать постоянную температуру тела, надо непрерывно производить тепло, а для этого требуется много есть. В местностях с сезонным климатом доступность пищи периодически меняется, из-за чего одинаково хорошо питаться в разные времена года трудно или даже невозможно. Часть теплокровных животных решает эту проблему тем, что снижает уровень активности, впадая в зимний сон или более глубокое состояние покоя — гибернацию. Кто-то делает запасы на холодные или сухие периоды.

Ни одной из этих стратегий не придерживаются мелкие всеядные млекопитающие — обыкновенные бурозубки (Sorex araneus). Они активны и зимой, и летом, но еду не запасают. Главное сезонное изменение в их организмах — снижение массы отдельных органов и всего тела к зиме. Бурозубки, которые живут чуть меньше двух лет, рождаются летом, стремительно растут и быстро достигают максимальных габаритов (длина до 8 сантиметров, масса до 13 граммов), а осенью их масса падает примерно на 20 процентов. На 17 процентов уменьшается объем черепной коробки, и, как следствие, сжимается головной мозг. Весной бурозубки снова растут.

Такие парадоксальные изменения должны иметь адаптивную ценность, но в чем она заключается, доподлинно не известно. Исследователи из Института изучения поведения животных Общества Макса Планка, которые несколько лет назад подтвердили сезонное уменьшение мозга у S. araneus, предположили, что дело в снижении потребления кислорода. Головному мозгу нужен больший объем этого газа, чем остальным органам, так что его сжатие могло сэкономить бурозубкам немало энергии.

С другой стороны, чем меньше объем тела (считаем, что он прямо пропорционален массе), тем ниже его отношение к площади поверхности организма и тем быстрее животное должно охлаждаться. Эта закономерность известна под именем экологического правила Бергмана. Соответственно, при уменьшении органов бурозубки должны производить больше тепла, чтобы сохранить свою обычную температуру. Для этого им понадобится ускорить метаболизм, хотя теплокровным, напротив, обычно нужно замедлять его на зиму.

Немецкие ученые проверили эти теоретические выкладки на практике: они ловили обыкновенных бурозубок в местном лесу в январе, апреле и июне 2016 и 2017 годов. Сразу после поимки зоологи определяли массу тела и возраст животных. Затем зверьков (всего их было 29) по нескольку дней держали в индивидуальных клетках с едой и водой, убежищами и колесами. Периодически ученые измеряли уровень метаболизма бурозубок — количество потребляемого ими кислорода. Поведение S. araneus записывали на видео, чтобы оценить, есть ли различия в их активности по сезонам.

Оказалось, что абсолютное потребление кислорода в холодное время года у бурозубок не растет, а даже немного снижается. Это противоречит правилу Аллена, по которому более мелкие животные должны тратить больше энергии (а кислород нужен для того, чтобы «сжечь» калории) на поддержание температуры тела. Вклад уменьшения объемов мозга в эту экономию оказался незначительным: больше всего энергии потребляли не молодые особи с самым большим мозгом, а крупные взрослые бурозубки с мозгом среднего объема. Однако поведение животных различалось по сезонам: зимой землеройки проводили больше времени в поисках пищи, много отдыхали и мало бегали, а летом зверьки значительно чаще использовали колесо и отдыхали редко.

Как обыкновенные бурозубки избегают ускорения обмена веществ при понижении температуры среды, будучи теплокровными, непонятно. Авторы работы предполагают, что зверьков выручает то, что при снижении их массы падает и потребность в пище, и это каким-то образом пересиливает ускоренное охлаждение поверхности тела. Также вероятно, что Sorex araneus за счет быстрого метаболизма производит столько лишнего тепла, что его хватает на обогрев животного и при отрицательных температурах (потому бурозубки так распространены в высоких широтах), а настоящую проблему терморегуляция для них представляет летом, когда охладиться становится намного сложнее.

Представители семейства землеройковых, к которому относится обыкновенная бурозубка, имеют массу необычных приспособлений. Два вида из Центральной Африки, угандская белозубка-броненоска (Scutisorex somereni) и белозубка Тора (Scutisorex thori), обладают укрепленным позвоночником — у угандской белозубки он самый тяжелый в пересчете на массу тела животного. Позвонки в его поясничном отделе имеют множество отростков, которыми дополнительно соединяются друг с другом. За счет этого позвоночный столб таких белозубок может выдержать огромный вес. Возможно, зверьки используют его как рычаг, чтобы поднимать ветки и другие тяжелые объекты в поисках пищи — кольчатых червей.

Светлана Ястребова