Пищухи поели ячьего помета и снизили уровень метаболизма ради выживания в зимнем Тибете

Зоологи выяснили, как черногубые пищухи переживают суровые зимы на Тибетском нагорье, не впадая в спячку и не запасая корм. Оказалось, что в холодное время года эти зверьки на треть сокращают расход энергии, снижают температуру тела в зависимости от температуры окружающей среды и меньше двигаются. Это позволяет им обходиться меньшим количеством пищи. Кроме того, зимой пищухи начинают активнее поедать ячий помет — доступный и легко усваиваемый источник энергии. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

Тибетское нагорье — суровое место для жизни. Лето здесь короткое, а зимними ночами температуры могут опускаться до минус тридцати градусов по Цельсию. Кроме того, на нагорье сухо и ветрено, в воздухе мало кислорода, а уровень ультрафиолетового излучения высок. Чтобы выжить в таких условиях, местным животным пришлось вырабатывать специальные адаптации. Например, китайские горные кошки (Felis (silvestris) bieti) обзавелись густым мехом, защищающим от холода, а антилопы оронго (Pantholops hodgsonii) отказались от «взрослой» формы гемоглобина в пользу «детской», которая лучше связывается с кислородом.

Команда исследователей во главе с Джоном Спикменом (John R. Speakman) из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук решила выяснить, как переживают тибетскую зиму черногубые пищухи (Ochotona curzoniae). Эти зверьки из отряда зайцеобразных — важный компонент экосистем Тибетского нагорья: они служат важным источником корма для местных хищников и роют многочисленные норы, где селятся другие животные. Предполагается, что в зимнюю спячку черногубые пищухи не впадают: данная черта неизвестна ни для одного вида пищух, зайцев или кроликов. При этом, хотя другие виды пищух в большом количестве запасают на зиму высушенный растительный корм, черногубые этого не делают. Возможно, это связано с особенностями климата Тибетского нагорья: здесь дуют такие сильные ветра, что выложенные на просушку растения просто унесет. Кроме того, на открытой местности стожки труднее защитить от вороватых сородичей. В результате зимой пищухам приходится довольствоваться сохранившимися на лугах остатками летней травы, сухими и малопитательными.

В 2007-2020 годах Спикмен и его коллеги организовали двадцать экспедиций на Тибетское нагорье, в ходе которых изучали поведение и метаболизм черногубых пищух в двух областях, лежащих на высоте от 3400 до 4000 метров. Кроме того, отдельных особей отлавливали и наблюдали за ними в неволе. Оценив суточный расход энергии зверьков, исследователи обнаружили, что зимой они тратят как минимум на 29,7 процента меньше энергии, чем летом. Для особи весом 150 граммов средняя разница в расходе энергии между сезонами составила 50,3 килоджоуля в сутки — а если учитывать только взрослых особей, то 111,1 килоджоуля в сутки. Если летом взрослые пищухи в среднем расходуют 280,3 килоджоуля в сутки, то зимой это значение сокращается до 169,2 килоджоуля в сутки. При этом средняя температура воздуха в двух районах исследования в зимний период на 25 градусов по Цельсию ниже, чем летом. Даже в норах пищух зимой очень холодно — в среднем воздух охлаждается здесь до минус 12 градусов по Цельсию.

Дополнительный анализ показал, что уровень метаболизма в состоянии покоя у пищух отрицательно коррелирует с температурой окружающей среды (p<0,0001). Зимой этот показатель в среднем на 28,7 килоджоуля в сутки ниже, чем летом. При этом уровень метаболизма в термонейтральных условиях зимой на 20,5 килоджоуля в сутки ниже, чем летом. По мнению авторов, сокращение уровня метаболизма в состоянии покоя в сочетании со сниженной физической активностью позволяют черногубым пищухам тратить намного меньше энергии зимой — и, соответственно, обходиться меньшим количеством пищи. Кроме того, исследователи выяснили, что зимой у этих зверьков улучшаются теплоизоляционные свойства меха.

На следующем этапе Спикмен с соавторами оценили уровень гормонов щитовидной железы, которые связаны с терморегуляцией, в четырех популяциях черногубых пищух. Оказалось, что летом уровень тироксина у них выше, чем зимой (p<0,05). Уровень трийодтиронина меняется аналогичным образом, но разница между сезонами оказалась недостоверной. В ходе эксперимента исследователи в зимний период на сутки поместили несколько пойманных пищух в открытые клетки, размещенные в их среде обитания. Половине зверьков давали кроличий корм, а половину держали впроголодь. В результате у особей, получавших подкормку, уровень тироксина и трийодтиронина повысился до летних значений. У пищух из контрольной группы уровень гормонов щитовидной железы остался на прежнем уровне. Это указывает, что концентрация гормонов в крови и, соответственно, уровень метаболизма, зависят от доступности пищи. 

Исследователи предполагали, что черногубые пищухи накапливают запасы жира летом и осенью, а затем расходуют их в течение зимы. В таком случае зверьки должны выходит на пик массы в сентябре. Однако измерения показали, что пищухи весят примерно одинаково в сентябре и декабре, а с декабря по март даже прибавляют в весе.

Имплантировав датчики в тела нескольких пищух, ученые выяснили, что зимой средняя температура их тела зависит от температуры окружающей среды, причем как в ночное, так и в дневное время (p<0,001). При этом по ночам она в среднем на 1,6 градуса по Цельсию ниже, чем днем. Хотя иногда температура тела пищух падает до 34 градусов по Цельсию, она никогда не пересекает рубеж в 30 градусов по Цельсию, ниже которого у таких мелких млекопитающих начинается оцепенение. Таким образом, в отличие от многих мелких млекопитающих и птиц, черногубые пищухи не используют оцепенение как способ выжить при низких температурах.

Спикмен и его коллеги высказали гипотезу, что зимой пищухам выгоднее кормиться с 11:00 до 15:00, когда температура воздуха самая высокая, а в остальное время прятаться в норах. Тем не менее, наблюдение с помощью видеокамер не подтвердило данную идею: зимой, как и летом, эти зверьки проявляют наибольшую активность за пределами нор вскоре после рассвета и в вечерних сумерках. В середине дня они возвращаются в норы — возможно, из-за усиления скорости ветра.

Исследователи обратили внимание, что черногубые пищухи более многочисленны там, где пасутся домашние яки (Bos grunniens), но зимой ведут себя здесь менее активно, чем там, где этих копытных нет (p<0,001). Традиционно считается, что два этих вида конкурируют между собой за траву. Однако Спикмен с соавторами предположили, что в зимний период пищухи могут извлекать выгоду от соседства с яками, поедая их помет. Это объясняло бы, почему на участках с высокой плотностью яков эти зайцеобразные зимой меньше времени проводят в поисках пищи.

В феврале 2010 года Спикмен с совторами нашли первое подтверждение данной идеи: вскрыв двух пищух, погибших во время отлова, они обнаружили в их пищеварительных трактах ячий помет. Кроме того, нескольких зверьков удалось снять на видео во время поедания экскрементов — причем некоторых из них летом. Судя по всему, пищухи употребляют ячий помет в течение всего года, но зимой делают это намного чаще. В ходе дополнительного анализа исследователи изучили содержимое желудков 304 пищух — и в 22,7 процента случаев выявили следы ячьей митохондриальной ДНК. Это значит, что поедание ячьего помета — обычное явление среди черногубых пищух. Возможно, реальная цифра даже выше, поскольку под воздействием сильного ультрафиолетового излучения генетический материал в экскрементах быстро повреждается, так что идентифицировать его становится невозможно. Авторы допускали, что пищухи могли получить ячью ДНК, поедая загрязненную ей траву, однако проверка не выявила следов подобного загрязнения на местной растительности.

В ходе дополнительного анализа исследователи сравнили видовой состав микробиоты в фекалиях яков и пищух в разные сезоны года. Оказалось, что зимой микробита пищух намного сильнее напоминает ячью. Это подтверждает, что пищухи поедают помет копытных соседей, причем зимой делают это намного чаще. В результате они получают достаточное количество энергии, не тратя много ресурсов на поиски и переваривание пищи.

Таким образом, черногубые пищухи в зимний период используют сразу несколько стратегий, позволяющих им сохранить как можно больше энергии. Они увеличивают теплоизоляционные свойства меха, на треть сокращают уровень метаболизма, меньше двигаются и снижают температуру тела в зависимости от условий окружающей среды. Кроме того, зверьки начинают активнее поедать ячий помет. При этом такие распространенные среди животных способы справиться с холодами и бескормицей, как спячка и создание запасов пищи, черногубые пищухи не практикуют.

Ранее мы рассказывали о том, как большие панды (Ailuropoda melanoleuca) в холодную погоду обмазываются конским навозом. Такое поведение не помогает им согреться, но снижает чувствительность термочувствительных рецепторов, уменьшая дискомфорт от холода.

Сергей Коленов