Jak zwierzęta przetrzymują zimę? [Prof. Andrzej ELŻANOWSKI]

Czy niedźwiedzie naprawdę „idą spać”, a jeże niemal umierają na kilka miesięcy? Czym różni się hibernacja od zimowania? Zwierzęta i biologiczne strategie przetrwania zimy, o tym opowiada prof. Andrzej Elżanowski, zoolog i bioetyk z Uniwersytetu Warszawskiego.

Zwierzęta i ich funkcjonowanie zimą

Podobno niedźwiedzie w górach poszły już wreszcie spać.

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski, zoolog i bioetyk, wykładowca na Wydziale Artes Liberales UW: Przy takich mrozach to najwyższy czas. Choć trzeba od razu powiedzieć: to nie jest sen taki jak u świstaka.

Czyli nie zapadają w prawdziwą hibernację?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: W literaturze naukowej termin „hibernacja” jak najbardziej obejmuje tzw. sen zimowy niedźwiedzi brunatnych, tylko że jest to hibernacja płytka. Jest całe spektrum – od bardzo głębokiej, jak u świstaków czy jeży, po taką lekką, jak u niedźwiedzi, borsuków czy jenotów.

Co to znaczy w praktyce?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: U niedźwiedzi temperatura ciała spada niewiele, ale za to znacznie obniża się tętno i tempo metabolizmu i dzięki temu zużycie energii. Ale zwierzę może się łatwo wybudzić, gdy zrobi się cieplej albo pojawi się zagrożenie. To zupełnie co innego niż u jeża, który wygląda jak martwy, ma temperaturę ciała zbliżoną do otoczenia i metabolizm obniżony nawet o 90 procent.

A mimo oszczędności energii niedźwiedzie zimą także się rozmnażają.

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Tak, i to jest fascynujące. U niedźwiedzi występuje opóźniona implantacja zygoty. Zapłodnienie następuje wcześniej (od maja do lipca), ale zygota najpierw „czeka” w macicy, a ciąża rusza dopiero w czasie hibernacji. Bardzo małe młode rodzą się zimą lub bardzo wczesną wiosną, jeszcze w gawrze. Hibernacja niedźwiedzi pełni dwie funkcje: ułatwia przeżycie zimy i zapewnia cieplarniane warunki noworodkom.

Skoro już o gawrach mowa – jakie warunki muszą być spełnione, żeby niedźwiedź mógł bezpiecznie przezimować?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Gawra musi być przede wszystkim osłonięta, wąska, zamknięta. To może być jaskinia, skalna szczelina, wykrot po ogromnym, starym drzewie, wypróchniały pień, czasem bardzo gęsty młodnik świerkowy, gdzie da się zgromadzić materiał roślinny i „zatkać” wejście. Do tego potrzebne są zróżnicowane, naturalne lasy. W monokulturach niedźwiedź po prostu nie miałby gdzie się schować. Dlatego wycinanie starych lasów, tak jak u nas w Podkarpackiem, ma dla nich tak dramatyczne konsekwencje.

A co decyduje o tym, że zwierzę w ogóle „idzie spać”?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: U niedźwiedzi temperatura i nasycenie pokarmem mierzone ilością zapasów tłuszczu. Przy czym niedźwiedzie są bardzo plastyczne – jeśli zima jest łagodna, potrafią się wybudzać, czasem nawet zmieniać gawrę. To nie jest „kamienny sen”.

A inne ssaki? Wspomniał pan o jenotach.

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Jenoty są znakomitym przykładem tego, że hibernacja bywa fakultatywna. W Finlandii hibernują długo, od listopada do marca. W Europie Środkowej – znacznie krócej, a przy łagodnej zimie potrafią w ogóle nie hibernować, tylko okresowo wychodzić z nor. To pokazuje, że strategia zimowa nie jest sztywna – ona reaguje na klimat. Podobnie bywa u niektórych gryzoni, jak chomiki, które zapadają raczej w płytkie odrętwienie.

A nietoperze?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Nietoperze to szczególny przypadek. One hibernują głęboko, często w koloniach, w jaskiniach. Ale wybudzają się okresowo i wtedy u wielu gatunków odbywa się kopulacja. Nietoperze są ekstremalnie wrażliwe na płoszenie – każde niepotrzebne wybudzenie może oznaczać dla nich śmierć, bo zużywa ogromne ilości energii. Dlatego jaskinie z zimującymi nietoperzami zimą powinny być – i w Europie zwykle są – niedostępne dla ludzi.

A owady? One też „śpią”?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Owady to zupełnie inny świat. Większość zimuje w określonym stadium rozwojowym: jako jaja, larwy, poczwarki albo dorosłe osobniki. Wiele z nich wytwarza substancje zapobiegające zamarzaniu – na przykład glicerol. Innym mechanizmem jest tolerancja na częściowe zamarzanie, np. u poczwarek wielokrotnie wzrasta ilość tzw. białek opiekuńczych, które mogą chronić cząsteczki białek wykonawczych przed uszkodzeniem. Część owadów toleruje nawet częściowe zamarzanie tkanek. To zupełnie inne strategie niż u ssaków.

A gady i płazy? One też „hibernują”?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Nie. Hibernacja dotyczy tylko ssaków i ptaków, które są endotermiczne, czyli ciepłokrwiste. Tak jak większość ryb, gady i płazy są zimnokrwiste, bo ich organizmy nie mogą się ogrzać, i zmiennocieplne, bo ich temperatura ciała podąża za temperaturą otoczenia.

U płazów zamarzaniu tkanek zapobiega zwiększanie stężenia glicerolu i alaniny, czyli podobnie jak u wielu bezkręgowców. U gadów, przynajmniej u jaszczurek, zamarzaniu zapobiega wielokrotne zwiększenie stężenia glukozy.

Czy hibernujące zwierzęta mogą paść ofiarą drapieżników? I jak bardzo o ich przetrwaniu decyduje samo miejsce zimowania?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Najbardziej na to narażone są nietoperze, których anatomia i nieudolna naziemna lokomocja uniemożliwiają skuteczne ukrycie się. Zimujące nietoperze narażone są na ataki drapieżników, np. płomykówek, a nawet sikor bogatek czy drobnych gryzoni (np. myszarek). Najlepszą obroną przed drapieżnikiem jest po prostu dobre schronienie. Jeśli hibernujące zwierzę jest dobrze ukryte – w norze, gawrze, a zwłaszcza głęboko w ziemi – to ryzyko drapieżnictwa jest niewielkie. Oczywiście, drapieżniki takie jak lisy pewno mogą się dokopać, zwłaszcza w cieplejszych okresach zimy, do hibernujących chomików czy susłów. Ale nie jest to główny czynnik śmiertelności. 

Znacznie częściej o losie zwierzęcia decyduje to, czy w ogóle znalazło odpowiednie miejsce do przezimowania. Żadne przystosowania fizjologiczne, żadne „antyzamarzające” substancje ani spowolniony metabolizm nie pomogą, jeśli schronienie jest złe – zbyt płytkie, zbyt wilgotne, pozbawione tlenu albo narażone na niepokojenie. Dobór naturalny działa jak zwykle brutalnie: kto źle wybierze miejsce, ten zimy nie przeżyje.

Dlaczego jedne zwierzęta hibernują, a inne – jak lisy czy zające – nie?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Bo ewolucja niczego nie „wymyśla”. To proces historyczny. Zależnie od warunków w przeszłości geologicznej jedne linie poszły w aktywność całoroczną, inne w hibernację. Gdy już wybierze się pewną strategię, bardzo trudno ją zmienić. To jak tramwaj – nie da się w połowie trasy zmienić kursu i pojechać w inną stronę.

A ludzie? Ewolucja popełniła w naszym przypadku błąd, że nie uwzględniła zapadania w zimowy sen? Bo może hibernacja by nam się przydała?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Nie, i to z bardzo prostego powodu: my jesteśmy ewolucyjnie „skazani” na aktywność. Małpy – a więc także ludzie – wywodzą się ze stref ciepłych i nie wykształciły mechanizmów hibernacyjnych. Ale nawet abstrahując od biologii: cała ludzka strategia przetrwania polega na ciągłym działaniu, inwestowaniu energii, wiedzy i pracy w kontrolowanie środowiska. Hibernacja oznaczałaby częściowe wycofanie się z tej gry. A w świecie ludzi to nierealne – wystarczyłoby, że część by zasnęła, a reszta natychmiast by to wykorzystała. Ewolucja nie daje nam przycisku „pauza”. Weszliśmy na ścieżkę permanentnej aktywności i z tego „tramwaju” nie da się już wysiąść.

Na koniec: czy zmiany środowiska zagrażają zimującym zwierzętom?

Prof. dr hab. Andrzej Elżanowski: Oczywiście. Zabranie czy przekształcenia siedlisk, zwłaszcza leśnych i stepowych, utrudnia hibernację. Zima zawsze była wyzwaniem, ale dziś dokładamy do niej presję człowieka. Ale samo ocieplenie klimatu na ogół sprzyja hibernatorom, bo skraca okresy wymuszonej bezczynności.

Rozmawiała: Mira Suchodolska/ PAP

Internet zwierząt. Odkrywanie zbiorowej inteligencji życia

.W erze cyfrowej, kiedy internet rzeczy (Internet of Things, IoT) staje się coraz powszechniejszy, zmienia się nasze postrzeganie połączeń i interakcji między obiektami. To właśnie ta koncepcja zainspirowała badaczy do rozważenia, czy podobne technologie mogłyby zostać wykorzystane do śledzenia i badania zwierząt, co doprowadziło do powstania nowatorskiego pomysłu – internetu zwierząt – pisze prof. Piotr TRYJANOWSKI.

Idea ta, rozwijana przez naukowców takich jak Martin Wikelski, opiera się na stworzeniu globalnej sieci danych, która umożliwiałaby monitorowanie i analizowanie zachowań zwierząt w czasie rzeczywistym. Dla jednych jest to nowy sposób badania świata, dla innych – rewolucja, która może zmienić nasze rozumienie ekosystemów i zachowań zwierząt. Zresztą na ten temat powstaje coraz więcej publikacji, a niewątpliwym liderem jest wspomniany prof. Martin Wikelski, dyrektor oddziału Instytutu Maxa Plancka w Radolfzell (Niemcy), badającego zachowania zwierząt. Właśnie ukazała się jego książka zatytułowana po prostu The Internet of animals, która jest pewnym intelektualnym pokłosiem, pisanym w stylu popularnonaukowym, a której podstawę stanowiła realizacja wspaniałego projektu ICARUS (International Cooperation for Animal Research Using Space). Zostajemy nie tylko wprowadzeni w świat technologii stosowanych do śledzenia zwierząt, ale także dowiadujemy się, jak trudna i pełna wyzwań może być droga do realizacji tak ambitnych celów.

Prof. Martin Wikelski, który od dzieciństwa fascynował się zwierzętami, zbudował zespół badawczy, który nieustannie dąży do przekształcenia wizji internetu zwierząt w rzeczywistość. Dzięki inicjatywie ICARUS badacze mogą śledzić migracje tysięcy zwierząt na całym świecie za pomocą małych, zasilanych energią słoneczną nadajników. Droga do tych sukcesów poprzedzona jest jednak licznymi trudnościami i niepowodzeniami, co pokazuje, jak istotne są wytrwałość i współpraca w nauce.

Dla każdego, kto kiedykolwiek realizował własne, niekoniecznie przyrodnicze projekty badawcze, książka Wikelskiego może być inspirującą lekturą. Opisując doświadczenia z oznakowaniem ptaków, autor mimowolnie przypominał mi moje własne przygody z sikorami, kaniami i bocianami, które podobnie jak w jego badaniach, stały się nosicielami maleńkich nadajników. To wszystko pozwala zrozumieć, w jaki sposób badacze łączą nowoczesne technologie z klasycznymi pytaniami dotyczącymi zachowań zwierząt. Ptaki i inne zwierzęta mogą komunikować się i ta komunikacja wpływa na ich migracje i inne zachowania. Przy odpowiednim podejściu możemy przewidzieć, jak będą poruszały się całe stada na podstawie ruchów jednego lidera. Jest to fascynujący przykład tego, jak technologia może wspierać rozwój ekologii i nauk o zachowaniu zwierząt. W ostatnich latach jesteśmy świadkami rewolucyjnego podejścia do badania zachowań zwierząt, podkreślając niewykorzystany dotąd potencjał nowoczesnej technologii w rozumieniu świata przyrody. Dzięki wysiłkom zespołu ICARUS możemy wyobrazić sobie świat, w którym zwierzęta są wyposażone w urządzenia GPS, przesyłające dane w czasie rzeczywistym na temat ich ruchów i interakcji. Ten internet zwierząt może zasadniczo zmienić nasze rozumienie globalnej ekologii, podobnie jak projekt poznania ludzkiego genomu zrewolucjonizował naszą wiedzę o ludzkiej genetyce.

Jednym z kluczowych wniosków wynikających z badań Wikelskiego i jego zespołu jest koncepcja, że zwierzęta posiadają „szósty zmysł”, czyli zdolność do wykrywania zmian w środowisku, które często pozostają niezauważone przez ludzi. Na przykład słonie i ptaki były obserwowane, jak przenoszą się w bezpieczniejsze rejony przed nadchodzącymi katastrofami naturalnymi, takimi jak trzęsienia ziemi czy huragany. Zdolność ta, pozwalająca przewidywać zmiany środowiskowe, może stać się nowym narzędziem dla ludzkości w przygotowywaniu się na klęski żywiołowe. Zatem bliższe przyjrzenie się tym zachowaniom zwierząt może pozwolić na opracowanie bardziej niezawodnych systemów wczesnego ostrzegania niż te, którymi dysponujemy obecnie. Projekt ICARUS, ale i inne wspominane w książce nie ograniczają się tylko do śledzenia ruchów zwierząt; chodzi tu również o zrozumienie głębszych implikacji biologicznych i środowiskowych tych ruchów. Zebrane dane mogą ujawnić, jak zwierzęta adaptują się do zmieniającego się klimatu, jak choroby rozprzestrzeniają się wśród populacji oraz jak działalność człowieka wpływa na dziką przyrodę. Poprzez upublicznienie tych danych zasiano nadzieję na zbudowanie globalnej społeczności obywatelskich naukowców, którzy mogą przyczynić się do ochrony zagrożonych gatunków.

Pomimo ekscytujących perspektyw droga, którą przeszedł Wikelski, nie była pozbawiona progów zwalniających. Trudności techniczne związane z miniaturyzacją nadajników, zapewnieniem, że nie wpłyną one negatywnie na zwierzęta, oraz radzeniem sobie ze skomplikowaną współpracą międzynarodową stanowią istotne przeszkody. Na przykład wojna na Ukrainie i pandemia COVID-19 zakłóciły realizację projektu ICARUS, co pokazuje, jak globalne inicjatywy badawcze mogą być wrażliwe na czynniki geopolityczne i ekonomiczne. Jednak te wyzwania jednocześnie podkreślają odporność i kreatywność, cechy niezbędne w badaniach naukowych. Warto także wskazać kwestie etyczne związane ze śledzeniem zwierząt. Choć technologia umożliwia uzyskanie bezprecedensowych wglądów w zachowania zwierząt, rodzi również pytania o wpływ tych urządzeń na same zwierzęta. Na przykład umieszczanie nadajników na ptakach może wpływać na ich loty i trasy migracyjne, co może zniekształcać zbierane dane. Takie obawy istnieją, co tylko podkreśla znaczenie udoskonalania tych technologii w celu minimalizowania ich wpływu na dziką przyrodę.

Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/prof-piotr-tryjanowski-internet-zwierzat-odkrywanie-zbiorowej-inteligencji-zycia/

PAP/ Mira Suchodolska/ LW