Другое замечательное открытие Барнса состояло в том, что суслик может спонтанно пробудиться и периодически это делает, разогреваясь с температуры ниже 0 °C до самых 37 °C, характерных для него в активный период. Многие другие животные способны пережить охлаждение до 0 °C и ниже, но ни одно из них после этого не может спонтанно пробудиться, пока его искусственно не разогреют при гораздо более высокой температуре воздуха (и до более высокой температуры тела), так чтобы стала возможна реакция дрожи.
Низкую температуру тела арктического суслика можно объяснить экономией энергии, но при этом животное не скупясь тратит ее, согреваясь с отрицательных температур до 37 °C около дюжины раз на протяжении всего периода зимней спячки, что никак не согласуется со стратегией энергосбережения как такового. При каждом пробуждении суслики проводили около одного дня полностью разогретыми, и еще день им был нужен, чтобы снова охладиться. По подсчетам, на периодические разогревы за весь период спячки они тратили около половины накопленных летом запасов жира. Зачем это нужно? Ранее ученые показали, что такое поведение характерно не только для арктического суслика. На самом деле каждое зимоспящее млекопитающее в период зимнего оцепенения неизбежно вынуждено периодически возвращаться к нормальной температуре тела
[24]. И это тем более любопытно, учитывая, что разогреваться на денек или около того с энергетической точки зрения очень затратно. Животные должны получать взамен что-то очень ценное. Тут пришло время для четвертого замечательного открытия Барнса и его коллег. Хотя это еще не доказано, их гипотеза состоит в том, что животные разогреваются, чтобы поспать!
В начале 1950-х годов ученые выделили два типа сна. Один – это «быстрый» сон (сон БДГ, или REM, от rapid eye movement – «быстрые движения глаз»), который связан со сновидениями и также называется «глубоким». Другой тип называют фазой медленного сна, «неглубоким», или «обычным», сном. У людей эти два типа сна изучали, измеряя электрические волны на поверхности черепа. Электрическую активность мозга отмечают на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) вдоль оси времени. Наиболее изучены с помощью ЭЭГ ритмы головного мозга человека, обезьяны и кошки. У них наблюдаются переходы между очень разными картинами волн в состоянии бодрствования и четырех условных фазах, которые предположительно отражают глубину сна. При этом в состоянии бодрствования амплитуда напряжения очень низкая, в то время как частота высокая (8–13 колебаний в секунду), а для фазы глубокого сна характерны волны с высокой амплитудой и низкой частотой. Если понаблюдать картину ЭЭГ во время сна в течение ночи, окажется, что в ней периодически снова возникают волны с низкой амплитудой, похожие на те, что наблюдаются в период бодрствования. Именно в течение этих периодов возникают быстрые движения глаз, а также нередко учащается сердцебиение, меняется рисунок дыхания, и сокращаются мышцы. В это время животное видит сон.
В процессе спячки у животных не наблюдается картина ЭЭГ, характерная для сна. Когда температура тела падает и животное входит в оцепенение, электрическая активность мозга постепенно снижается и в конце концов сходит на нет, как будто животное мертво. Однако, несмотря на отсутствие спонтанной активности в мозге (Lyman and Chatfield, 1953), животное должно быть способно порождать хотя бы какую-то электрическую активность в нервной системе, иначе оно не сможет проснуться.
В сотрудничестве с нейробиологами Крейгом Хеллером и Сержем Дааном Барнс записал электроэнцефалограммы сусликов, когда те погружались в спячку и выходили из нее. При погружении в спячку у суслика возникала картина, характерная для сна, а затем, по мере того как животное охлаждалось, волны исчезали, и рисунок становился похож на ЭЭГ человека, мозг которого считался бы мертвым. Однако, проведя в оцепенении около месяца и разогревшись с помощью дрожи, суслики в течение большей части дня демонстрировали картину ЭЭГ, соответствующую у человека фазе «быстрого» сна со сновидениями. Что же, животные просыпались, чтобы поспать или посмотреть сны? И если так, зачем им это нужно? А зачем спим мы? Это одна из еще неразгаданных больших загадок биологии, вероятно связанная с тем, как мозг собирает, изменяет, удаляет и хранит воспоминания
[25].
Есть некоторая ирония в том, что у зимоспящего животного развилась удивительная способность при отрицательной температуре тела, которая в обычных условиях характерна для него только зимой, пробуждаться, чтобы поспать. Если бы животным не нужно было просыпаться, они могли бы оставаться в оцепенении до весны и экономить много энергии. Поскольку этого не происходит, можно заключить, что за длительное оцепенение или депривацию сна пришлось бы платить слишком высокую цену.
Возможно, спячка арктического суслика содержит в себе разгадку тайны о том, зачем мы спим, а также решение некоторых медицинских проблем, например при инсульте. У суслика в спячке с трудом можно обнаружить сердцебиение. Сложно сказать, живо ли животное или мертво, когда температура тела у него ниже точки замерзания воды. В этом подобном смерти состоянии оцепенения животное напоминает холодный комок, а в его мозг поступает лишь тоненькая струйка крови. Если из-за тромба или разрыва сосуда останавливается приток крови к какой-то части мозга у человека, клетки в ней почти сразу гибнут, потому что им постоянно нужны кислород и глюкоза, обычно поступающие благодаря непрерывному кровотоку. Гипоксия (недостаток кислорода) – главное вредоносное последствие инсульта, а вот суслик в спячке от нее не страдает. Метаболизм его мозга поставлен на паузу, так что нехватка кислорода и питания не наносит большого вреда. Может быть, животные разогреваются, чтобы снабдить мозг кислородом?
Исходно в состоянии спячки метаболизм замедляется просто в связи с падением температуры тела. Люди, попавшие в автоаварию и потерявшие сознание во льду, если их мозг сразу охлаждается, тоже могут пережить длительную гипоксию. Но в организме суслика протекают и активные метаболические процессы, а в тканях мозга синтез белков остается подавленным, даже когда животное разогревается до 37 °C. Недавно ученые также получили интересные данные о том, что при гибернации суслики и черепахи накапливают в мозге в пять раз больше аскорбиновой кислоты (витамина C) по сравнению с человеком. Когда суслик выходит из спячки, уровень витамина C возвращается к нормальным показателям за несколько часов. Есть предположение, что это вещество, мощный антиоксидант, защищает мозг при резком поступлении кислорода в организм после долгого кислородного голодания.
