Генетическое исследование, проведенное под руководством Университета штата Вашингтон, подтвердило данные наблюдений о том, что выработка энергии у медведей продолжает нарастать и снижаться по суточному графику, даже если они дремлют в течение нескольких месяцев, не принимая пищи. Исследователи также обнаружили, что во время спячки амплитуда выработки энергии притупляется, то есть диапазон максимумов и минимумов уменьшается. Пик также приходился на более позднее время суток в период спячки, чем в активный сезон, но суточные колебания все равно сохранялись.

Это подчеркивает важность самих циркадных ритмов — они обеспечивают гибкость организмов, позволяющую им функционировать в таких экстремальных условиях, как спячка медведя, — сказал Хайко Янсен, профессор кафедры интегративной физиологии и нейронаук ВГУ и старший автор исследования, опубликованного в Journal of Comparative Physiology B.

Другие исследования показали, что циркадные ритмы — 24-часовые физические циклы, характерные для большинства живых животных на Земле, — связаны с метаболическим здоровьем. У людей серьезные нарушения этих циклов, например, при работе в ночную смену, связаны с такими метаболическими проблемами, как увеличение веса и более высокая распространенность диабета.

В некотором смысле медведи — это экстремальные вахтовики, которые впадают в спячку на целых шесть месяцев. Исследователи, подобные команде Янсена, пытаются выяснить, каким образом медведи, на первый взгляд нездоровые, набирают избыточный вес, затем остаются без пищи и не двигаются в течение нескольких месяцев — и все это без таких пагубных последствий, как потеря костной массы или такие заболевания, как диабет.

В отличие от грызунов, впадающих в спячку, которые находятся практически в коматозном состоянии, медведи в период спячки периодически двигаются. Наблюдая за медведями гризли в Центре медведей ВГУ, ученые обнаружили, что эти движения подчиняются циркадному ритму, причем днем они более активны, чем ночью.

В настоящем исследовании ученые попытались выяснить, выражен ли этот циркадный ритм на клеточном уровне. Они взяли образцы клеток у шести медведей в периоды активности и спячки, затем культивировали эти клетки для проведения ряда генетических анализов.

Для имитации спячки исследователи изучили клетки при типичной для медведей пониженной температуре тела во время спячки — около 34 градусов Цельсия (93,2 градуса по Фаренгейту) и сравнили ее с температурой 37 градусов Цельсия (98,6 градуса по Фаренгейту) во время активного сезона.

Они обнаружили, что в клетках медведя, находящегося в спячке, ритмично экспрессируются тысячи генов. Это выражалось в ритмах энергии через повышение и понижение выработки аденозинтрифосфата, или АТФ, — клеточного источника энергии организма. В условиях спячки АТФ по-прежнему вырабатывался в суточном режиме, но амплитуда его выработки была притуплена, пики и долины уменьшились. Кроме того, в условиях спячки точка наибольшего производства АТФ смещается на более позднее время суток, чем в условиях активного сезона.

Поддержание циркадного ритма требует определенных затрат энергии. Исследователи полагают, что некоторое изменение этого ритма во время спячки может позволить медведям получать определенную энергетическую выгоду от суточного цикла без особых затрат, что, вероятно, поможет им выжить, оставаясь без пищи в течение нескольких месяцев.

Это похоже на настройку термостата. Если вы хотите сэкономить энергию, вы убавляете обороты термостата, и именно так, по сути, поступают медведи, — сказал Янсен.

Они используют способность подавлять циркадный ритм, но не останавливают ход часов. Это действительно новый способ тонкой настройки метаболических процессов и энергозатрат у животных.