Ciepło niezbędne do życia
Przez miliony lat ewolucji zwierzęta nie nauczyły się rozpalać ognia, aby ogrzać się w czasie zimnych i mroźnych dni. Pomimo to świetnie sobie radzą z zachowaniem równowagi pomiędzy wytwarzaniem ciepła a jego utratą.
Jeże są w niekorzystnej sytuacji, ponieważ mają stosunkowo duży współczynnik przenikania ciepła, co wiąże się z dużą powierzchnią ciała w stosunku do jego masy. Znaczna część ich ciała jest pokryta kolcami, a te nie chronią w wystarczającym stopniu przez zimnem. Mają jednak dość grubą warstwę podskórnego tłuszczu, który to rekompensuje.
Ich pierwszym sposobem radzenia sobie z niskimi temperaturami otoczenia jest chronienie się w gniazdach. Budują je przez cały rok – lekkie i niezbyt porządne w ciepłym okresie roku, solidne lęgowe, w których jeżowe mamy odchowują potomstwo i pieczołowicie przygotowane, o grubych ścianach – gniazda hibernacyjne. Kiedy jednak temperatura otoczenia spada, a jeże muszą przebywać poza gniazdem, żeby móc zdobywać pokarm – konieczne jest zwiększenie produkcji ciepła, które ogrzeje jeżowy organizm.
Skąd się bierze ciepło
Ciepło powstaje podczas procesów przemiany materii. Do zwiększenia ilości wytwarzanego ciepła, konieczne jest zwiększenie tempa metabolizmu. Tempo to zwiększa się podczas ruchu i przemieszczania się oraz drżenia ciała, które zna każdy kto w zimny dzień zapomniał założyć kurtkę. Zjawisko to nazywa się termogenezą drżeniową. Jest to jednak proces mało efektywny ponieważ równolegle do produkcji ciepła uruchamia się proces jego dodatkowej utraty z powodu konwekcji, czyli przemieszczania się ciepła podczas ruchu. Kiedy jest zimno, tempo metabolizmu małych zwierząt – takich jak jeże – może zwiększać się nawet dwukrotnie i pozostawać na tym poziomie podczas całego okresu, gdy zwierzę pozostaje w niskiej temperaturze.
Natura dąży do optymalizacji wszystkich procesów, dlatego małe zwierzęta (i nie tylko) dysponują alternatywnym sposobem ogrzewania organizmu, którym jest termogeneza bezdrżeniowa, która jest uruchamiana wtedy kiedy metabolizm i termogeneza drżeniową stają się niewystarczające. Źródłem tego ciepła jest brązowa tkanka tłuszczowa.
Rodzaje tkanki tłuszczowej
Tkanka tłuszczowa występuje w dwóch odmianach :
- biała (czasem nazywana żółtą) tkanka tłuszczowa (WAT)
- brązowa tkanka tłuszczowa (BAT)
Tkanki te różnią się pomiędzy sobą budową komórek jakie je tworzą i rolą jaką pełnią w organizmie.
Zadaniem białej tkanki tłuszczowej jest magazynowanie tłuszczów i produkcja leptyny, która jest czasem nazywana hormonem sytości ponieważ zmniejsza apetyt. Jej poziom we krwi informuje organizm o wielkości zasobów energetycznych organizmu i jest proporcjonalny do ilości posiadanej tkanki tłuszczowej.
Brązowa tkanka tłuszczowa jest bardzo bogato unaczyniona i unerwiona. Jej komórki są mniejsze i znajduje się w nich wiele drobnych cząsteczek tłuszczu, dzięki którym zachodzi proces termogenezy bezdrżeniowej, czyli produkcji ciepła ogrzewającego organizm. Bardzo ważnym składnikiem komórek brązowej tkanki tłuszczowej jest białko rozprzęgające UCP1, zwane również termogeniną, które nie występuje w żadnej innej komórce. Jest to rodzaj przełącznika, dzięki któremu oszczędne ogrzewanie organizmu włącza się lub wyłącza. Ogrzewanie to, czyli termogenezą bezdrżeniowa znajduje się pod kontrolą ośrodkowego układu nerwowego, który między innymi steruje pracą narządów wewnętrznych. Informacja o potrzebie produkcji ciepła może pochodzić zarówno z zewnętrznego otoczenia, jak również z wnętrza organizmu.
Biała i brunatna tkanka tłuszczowa nie muszą tworzyć osobnych skupisk, lecz mogą być ze sobą powiązane anatomicznie. Komórki brązowej tkanki tłuszczowej mogą być rozsiane pomiędzy komórkami tkanki białej. Rozmieszczenie i liczba jej komórek zależy nie tylko od stanu jeża, ale również od warunków środowiska, temperatury otoczenia czy diety.
Wydajność termogenezy bezdrżeniowej w brunatnej tkance tłuszczowej zmienia się nie tylko w czasie doby, ale również w czasie roku, kiedy średnie temperatury ulegają zmianie. Gdy robi się coraz chłodniej wydajność ogrzewania wzrasta. Zwiększa się ukrwienie i unerwienie brązowej tkanki tłuszczowej, zwiększa się również produkcja termogeniny.
Jeże są więc wyposażone w mechanizmy, które pozwalają im funkcjonować w niskich temperaturach, które zdarzają się nie tylko jesienią, ale również wczesną wiosną.
Hibernacja
Wydajność każdego ogrzewania ma jednak swoje granice, poza którymi koszty jego stosowania przewyższają uzyskane korzyści. Z tego powodu jeże zapadają w hibernację, która pozwala im znacznie zmniejszyć ilość zużywanej energii, co jest bardzo ważne w okresie kiedy zmniejsza się ilość dostępnego pokarmu. Dostępność pokarmu nie jest rozumiana jako dostępność karmy wystawionej przez człowieka. Jeże nie są w stanie ocenić czy pożywienie, które przez jakiś czas się pojawiało, nadal będzie dostępne. Dlatego polegają na wypracowanych w trakcie wielu milionów lat ewolucji mechanizmach, a nie tym czego doświadczyły w trakcie ostatniego sezonu.
O nadejściu niekorzystnego okresu jeże czerpią informację nie tylko z obniżających się temperatur (bo te są zmienne w czasie całego roku), ze zmniejszającej się ilości pokarmu, ale również ze zmieniającej się długości dnia. Wydłużaniu się okresu kiedy jest ciemno, towarzyszy wzrost melatoniny w ich organizmie. Te trzy zmienne (temperaturę, długość dnia i brak pokarmu) człowiek jest w stanie zaobserwować i zmierzyć. Najprawdopodobniej istnieją jeszcze inne zmienne, które informują jeża, że powinien w danym momencie zahibernować, których nie jesteśmy w stanie zaobserwować.
Część tych informacji pochodzi z wnętrza organizmu jeża – o tym czy zgromadził dostateczne ilości tkanek tłuszczowych i czy jego organizm jest w stanie sprostać hibernacji, która jest skomplikowanym procesem, a każda zmiana jaka nastąpiła w organizmie jeża (zmniejszenie liczby uderzeń serca, spadek temperatury ciała czy częstotliwości oddechów) ma swoje konsekwencje. Na przykład zmniejszenie liczby oddechów, a co za tym idzie ilości dostępnego tlenu powoduje kwasicę oddechową. Nie jest ona szkodliwa dla hibernującego jeża, ponieważ ma swoją rolę w procesie hibernacji – zapobiega zanikaniu brązowej tkanki tłuszczowej i hamuje wytwarzanie się w niej ciepła.
Ostatecznie jeże zapadają w hibernację wtedy, kiedy są do niej przygotowane. Wtedy kiedy udało im się zbudować gniazdo, które zabezpieczy im stałą temperaturę nie tylko w bardzo zimne dni, ale również wtedy, kiedy temperatura otoczenia znacznie się podniesie. Gniazdo, które zabezpieczy je przed wiatrem i wilgocią. Wtedy, kiedy będą miały zgromadzoną wystarczającą ilość tkanek tłuszczowych. Wtedy kiedy ich zdrowie będzie wystarczająco dobre, żeby stawić czoło wyzwaniom związanym ze zmianą parametrów życiowych.
Człowiek jest w stanie zobaczyć, zmierzyć i ocenić tylko wycinek procesu przygotowań do hibernacji i jej przebiegu. Całość, jak na razie jest poza naszymi zdolnościami postrzegania. Z tego powodu najlepszą pomocą, jakiej możemy udzielić jeżom przygotowującym się do hibernacji jest zachowanie dzikich miejsc, gdzie jeże będą mogły podlegać procesom, które wypracowały w trakcie ewolucji.
Osobnym przypadkiem są jeże, które są chore, ranne lub wpadły w kłopoty w związku z działaniami człowieka lub jego podopiecznych – te nie będą w stanie zapaść w hibernację. Informację jak odróżnić jeża zdrowego od potrzebującego pomocy można znaleźć tutaj – link do filmu „zdrowy-chory”.
Wybrana bibliografia
- Opracowanie zbiorowe Biologia Campbella
- Małgorzata Jefimow Fakultatywna termogeneza bezdrżeniowa w regulacji temperatury zwierząt stałocieplnych
- Bogdan Janicki, Dorota Cygan-Szczegielniak Hibernacja zwierząt
- Cannon, Barbara, and Jan Nedergaard. Brown Adipose Tissue: Function and Physiological Significance.
Małgorzata Jaworska-Szwed
