Тритоны разных видов зимуют и на суше, и под водой. Первые обычно устраиваются под прогнившими пнями и стволами упавших деревьев, а если не находят таких удобных квартир, то удовлетворяются трещинами в почве. Особый интерес представляют сибирские тритоны — углозубы, обитающие на огромной территории от Камчатки и Сахалина до Урала. Это единственное хвостатое земноводное к северу от Полярного круга. Даже при 0 °C оно еще может двигаться, а некоторые отдельные особи углозуба переносят охлаждение (естественно, в состоянии оцепенения) до -37 °C. Геологи и строители находили тритонов, вмерзших в выкопанные ледяные блоки. Нередко случалось, что оттаявшие и выпущенные в подогретую воду тритоны оживали, поедали предложенную им пищу — мух, пауков, аквариумных рыбок. в 1956 году горнопроходческая бригада в Магаданской области нашла на 14-метровой глубине тритона. Когда вернулись в палатку и затопили печку, замерзшее животное постепенно оттаяло и зашевелилось. Его жизнь продолжалась целых 12 часов. Тогда же поторопились объявить это событие большой сенсацией: якобы найден ископаемый тритон, который, пробыв в состоянии анабиоза два миллиона лет, снова ожил. На самом деле тритон оказался не ископаемым, а современным. Но вопрос, на какое время может быть сохранена жизнь замерзших земноводных, остался предметом споров. Найденного в другой раз на Чукотке в куске вечного льда сибирского углозуба подвергли радиоизотопному исследованию. Киевские ученые пришли к выводу, что возраст его находится в пределах от 75 до 105 лет, в то время как контрольные земноводные оказались во много раз моложе.
Практически все виды пресмыкающихся северных широт впадают зимой в спячку. в самых северных районах она продолжается 7–8 месяцев. Южнее их спячка короче. Ящерицы зарываются в почву, устраивая себе норы на крутых сухих склонах, которым не угрожает наводнение. в хороший солнечный денек они пробуждаются на несколько часов, чтобы погреться на солнце и поохотиться и снова прячутся, впадая в оцепенение. Сухопутные черепахи забираются на полметра вглубь почвы, в естественные укрытия или норы кротов, лисиц, грызунов, закрываясь торфом, мхом и влажными листьями. Бывает, что они просыпаются иногда на целую неделю. Болотные черепахи проводят зиму, зарывшись в ил водоемов. Змеи не любят холода. Даже летом, если поместить змею на несколько часов в холодильник, с ней можно обращаться как с куском веревки. Поэтому зимние квартиры змеи подбирают тщательно и облюбовывают надолго. Обычно это подземные пещеры и пустоты, образовавшиеся вокруг больших старых пней с гнилыми корнями, или щели в скалах. в таких укрытиях собирается большое число змей даже различных видов, образуя огромные клубки. в них иногда насчитывается от нескольких десятков до сотен змей, что и привело к ошибочному мнению, будто змеи собираются в клубки, чтобы согреться. Между тем температура змей в период зимней спячки почти не отличается от температуры окружающей среды, а собираются они вместе просто от нехватки подходящих убежищ — некоторые «общежития» используются десятилетиями.
Как же удается животным сохранять жизнеспособность замороженными? Подобно тому, как при наступлении холодов в радиатор машин добавляют антифриз, замерзающий при минус 37 °C, в жидкостях тел некоторых холоднокровных зимой образуются белки-антифризы, которые при появлении в организме кристаллов льда связываются с ними и блокируют дальнейшую кристаллизацию воды. у многих рыб, наземных членистоногих, включая пауков и клещей, эффективность белков-антифризов настолько велика, что предотвращает образование льда даже при минус 15 °C. Кроме специальных белков в организме некоторых холоднокровных существ вырабатываются еще и углеводы-антифризы, еще больше снижающие точку максимального переохлаждения. Например, в тканях многих насекомых зимой накапливается углевод-антифриз глицерол, успешно препятствующий промерзанию. у гусениц галлообразующей бабочки к середине зимы глицерол составляет 19 % всего тела, позволяя переохлаждаться до минус 30 °C. А волосатые гусеницы арктической бабочки в замороженном состоянии проводят до 10 месяцев в году при минус 50 °C и более! Оригинально приспосабливаются к низким температурам воды некоторые рыбы, живущие в северной части Атлантического океана и в арктических водах — они меняют состав крови. с понижением температуры воды осенью в их крови скапливаются соли в такой концентрации, какая характерна для морской воды, что усиливает криозащитное действие, затрудняя замерзание крови. Сравнительно недавно в крови этих рыб обнаружены и специальные белки-антифризы, понижающие точку замерзания раствора еще в большей степени, чем соли.
Если предстоит очень суровая зимовка, то осенью у холоднокровных животных (особенно насекомых) до первых заморозков в организме накапливаются защищающие ото льда криогенные протекторы, которые повышают прочность оболочек клеток и препятствуют так называемому осмотическому стрессу, когда вода из клеток стремится вытечь во внеклеточную среду со льдом, уменьшая объем клеток и делая их уязвимыми для кристаллов льда, протыкающих сморщенные клеточные оболочки. Криопротекторы служат и замедлителями обмена веществ. у лягушки, например, как только начинается образование льда на поверхности кожи, происходит быстрый синтез криопротектора глюкозы из животного крахмала печени. в результате через восемь часов ею насыщаются все органы, замедляется до минимума обмен веществ, ограничивается энергопотребление. Рекорд такого рода использования криопротекторов принадлежит черепахам — у них обмен веществ падает до уровня, обеспечивающего выживание без потребления кислорода(!) в течение всей зимы. Причем при высоких концентрациях глюкозы в организме отсутствуют явления, присущие человеку с высоким содержанием глюкозы в крови, — сахарный диабет и старение. Морозоустойчивость холоднокровных животных всегда вызывала пристальный интерес ученых.
В анабиотическое состояние впадают и некоторые виды высших растений. Рекорд в этом отношении принадлежит растению бронец, встречающемуся в прериях Американского континента. Помещенное в гербарий, это растение выдержало целых 11 лет в высушенном состоянии, не потеряв своей жизнеспособности. Неизбежно возникает вопрос: что помогает растениям переносить сильное обезвоживание и впадать в состояние анабиоза, при котором обмен веществ протекает настолько замедленно, что практически почти равен нулю? По мнению ученых, при обезвоживании у растений, способных впадать в анабиотическое состояние, не нарушается процесс дыхания, который сохраняет свою так называемую энергетическую полноценность. При обезвоживании у растений продолжают образовываться богатые энергией соединения, например АТФ (аденозинтрифосфат). Энергия, образующаяся в процессе дыхания почти до полного высушивания этих растений, передается почти всем клеточным структурам и всему клеточному содержимому, которое, обезвоживаясь, переходит в желеобразное состояние, и клетки могут годами сохранять свою жизнеспособность.
Есть ли птицы, впадающие в зимнюю спячку?
Итак, мы выяснили, что большинство животных с непостоянной температурой тела, которая зависит от окружающей среды, впадают в состояние зимней спячки. Но удивительно, что и многие животные с постоянной температурой тела, например, птицы, тоже могут впадать в зимнюю спячку в течение неблагоприятных сезонов года. Известно, что большая часть птиц избегает неблагоприятных зимних условий путем перелетов. Стало ясно, что и некоторые виды птиц могут впадать в подобное состояние в неблагоприятные сезоны года. Существуют наблюдения, что и некоторые виды ласточек (деревенская и скалистая) тоже зимой впадают в зимнюю спячку. Состояние кратковременного оцепенения, которое ученые называют торпидностью, наблюдалось у только что вылупившихся птенцов черного стрижа, которые впадают в это состояние, когда родители покидают их на несколько дней при неблагоприятных условиях (например, во время приближающегося циклона). в состоянии оцепенения температура тела этих птенцов с 39 °C падала до 20 °C и даже ниже, пульс и дыхание замедлялись, и в подобном состоянии они выдерживали 7-12 дней. Появившись снова, родители отогревали их своими телами, и птенцы возвращались к жизни. в благоприятное время года молодые стрижи вылетали из гнезда через 33–35 дней, а в неблагоприятные, когда они впадали в состояние оцепенения, им были необходимы 40–50 дней.
Издавна известно, что в подобное торпидное состояние впадают и птенцы некоторых видов колибри, если мать, улетев за пищей, задержится более чем на десяток минут (у колибри только самки выкармливают потомство). После ее возвращения, согретые материнским теплом, они возвращаются к жизни. Установлено, что взрослые колибри нескольких видов, обитающих на Американском континенте, также способны впадать в состояние оцепенения в особенно холодные ночи, когда их температура тела понижается до 8,8 °C. Доказано, что вес различных видов колибри колеблется от 1,7 до 19,1 г, а потребность в кислороде у мелких экземпляров в состоянии покоя — 11–16 мл на 1 г веса за час, во время полета — 70–85 мл, а в состоянии оцепенения только 0,17 мл. Расход энергии у колибри высокий, и существует опасность, что колибри с температурой тела 44 °C не смогут выдержать без пищи тот период, когда они спят, так как им не хватит энергетических запасов. При подобном положении их организм при чрезмерном охлаждении от истощения ночью лишится возможности снова согреться в начале своей активной фазы. Между тем, как известно, ночи на южно- и центральноамериканских высоких плато, где обитают колибри, холодные. Вот почему колибри обладают защитным механизмом — впадают ночью в торпидное состояние, причем температура их тела сравнивается с температурой окружающей среды; таким образом, они не отдают свою теплоту и сохраняют энергию, которая не расходуется для образования тепла в организме. в этом случае действует закон голландского физиолога Ван Гофа, отражающий связь между скоростью реакций химических процессов и температурой (если температура тела понизится на 10 °C, процессы обмена начнут протекать медленнее почти в 3 раза). Так что если температура тела колибри понизится с 44 °C до 34 °C, это приведет к трехкратному сокращению обмена веществ и соответственно к значительному сохранению энергии.
