Hibernace není prodloužená noc
Představme si ježka, který se na podzim ukryje v hromadě listí. Zatímco venku klesají teploty a potravy ubývá, jeho tělo postupně přechází do stavu, který se běžnému spánku podobá jen zdánlivě. Srdeční činnost se výrazně zpomaluje, dýchání je méně časté a tělesná teplota může klesnout téměř na úroveň okolního prostředí. Organismus přitom zůstává živý a schopný se za vhodných podmínek znovu probudit.
Běžný spánek funguje úplně jinak. Člověk nebo zvíře během něj střídá několik fází, které se liší mozkovou aktivitou, svalovým napětím a dalšími fyziologickými procesy. Mozek během spánku není vypnutý. Naopak se podílí na zpracovávání informací, regulaci nervových spojení a dalších činnostech důležitých pro fungování organismu.
Hibernace představuje mnohem hlubší zásah do hospodaření s energií. Během takzvaného torporu, tedy stavu výrazně snížené metabolické aktivity, organismus omezuje spotřebu energie na zlomek běžných hodnot. Některé druhy dokážou snížit metabolismus na pouhá dvě až čtyři procenta normální klidové úrovně.
Zajímavé je, že tento proces není jen pasivním důsledkem chladu. Zvíře má vlastní fyziologické mechanismy, které umožňují metabolismus kontrolovaně utlumit, a zároveň chránit životně důležité orgány. Právě díky nim dokáže přežít stav, který by byl pro většinu nehibernujících savců mimořádně nebezpečný.
Jak může tělo přežít s několika údery srdce za minutu
U některých hibernujících hlodavců klesá srdeční frekvence z běžných dvou až tří stovek tepů za minutu na pouhé tři až pět. Dýchání se zpomaluje podobně dramaticky a mezi jednotlivými nádechy mohou vznikat dlouhé přestávky. Tělesná teplota se přibližuje teplotě okolí, někdy dokonce klesá pod bod mrazu.
Rekordmanem v tomto směru je sysel arktický, který dokáže během hibernace snížit tělesnou teplotu až přibližně na minus tři stupně Celsia. Jeho tělesné tekutiny přitom zůstávají v podchlazeném kapalném stavu, takže nedochází k běžnému poškození tkání tvorbou ledových krystalů.
Udržet organismus v takovém stavu vyžaduje řadu fyziologických změn. Buňky omezují energeticky náročné procesy, upravují využívání živin a zpomalují některé biochemické reakce. Zvíře přitom většinou využívá tukové zásoby, které si vytvořilo během období hojnosti.
Tuk má pro zimování zásadní význam, protože obsahuje velké množství energie a umožňuje překonat týdny či měsíce bez běžného příjmu potravy. Hibernující savci však musejí současně chránit svaly, nervovou tkáň a další orgány před následky dlouhé nečinnosti.
Právě tato schopnost fascinuje také lékařské výzkumníky. U člověka by dlouhodobá nehybnost, hladovění a výrazné podchlazení mohly způsobit poškození orgánů, zatímco hibernující druhy disponují mechanismy, které jim pomáhají podobné podmínky zvládat. Jejich poznání by jednou mohlo inspirovat nové medicínské postupy, například při ochraně tkání během závažných zdravotních stavů. Zatím však jde především o výzkum, nikoli o dostupnou možnost uvést člověka do bezpečné dlouhodobé hibernace.
Proč se zvířata během hibernace pravidelně probouzejí
Zimní spánek není vždy nepřetržitým obdobím několikaměsíční nečinnosti. U řady malých savců se hluboký torpor střídá s krátkými obdobími, během nichž se tělesná teplota, metabolismus i mozková aktivita vracejí přibližně k normálním hodnotám.
Takové probuzení je energeticky mimořádně náročné. Zvíře musí během relativně krátké doby zahřát celé tělo, což může spotřebovat značnou část energie ušetřené během předchozího torporu. Přesto se tento cyklus opakuje.
Proč by organismus dobrovolně plýtval tak cennými zásobami?
Jedním z možných vysvětlení je potřeba obnovit některé biologické procesy, které během hlubokého útlumu nemohou probíhat běžným způsobem. Vědci zkoumají například změny nervových spojení, regulaci imunitních funkcí nebo obnovu buněčných procesů.
Dlouho se také předpokládalo, že se zvířata musejí probouzet kvůli spánku samotnému. Torpor totiž není plnohodnotnou náhradou běžného spánku a některé výzkumy ukázaly, že po návratu k normální tělesné teplotě mohou zvířata vykazovat známky zvýšené potřeby spánku.
Další studie však tuto hypotézu nepotvrdily jako univerzální vysvětlení pravidelného probouzení. Skutečné důvody mohou být různé podle druhu a dosud nejsou zcela objasněné.
Paradox tak zůstává: některá zvířata se během zimního spánku musejí pravidelně probouzet, aby jejich organismus mohl provádět činnosti, které hluboký úsporný režim omezuje.
Co se během hibernace děje se sny
Snění je pro vědce obtížně zkoumatelné i u běžně spících zvířat. Člověk může po probuzení popsat, co se mu zdálo, ale u ježka, sysla nebo lemura takovou možnost nemáme. Výzkumníci proto sledují nepřímé projevy: elektrickou aktivitu mozku, rychlé pohyby očí, svalové napětí a další znaky jednotlivých spánkových fází.
Zvláštní pozornost přitahuje REM spánek, během něhož lidé často prožívají živé sny. Charakterizují jej rychlé pohyby očí, specifické vzorce mozkové aktivity a výrazné snížení napětí kosterních svalů.
Během hlubokého torporu však mozek pracuje za zcela odlišných podmínek. Při velmi nízké tělesné teplotě a výrazně utlumeném metabolismu se běžné fáze spánku nemusí vůbec objevovat. U některých hibernujících savců byl spánek zaznamenán pouze při vyšších tělesných teplotách nebo během období probuzení.
Z toho lze vyvodit, že hluboký torpor pravděpodobně není stavem, v němž by probíhalo běžné snění podobné tomu lidskému. Přesný subjektivní prožitek zvířete ale neznáme. Navíc ani u člověka nejsou všechny sny omezeny výhradně na REM fázi.
Není proto správné tvrdit, že vědci dokázali úplnou nepřítomnost snů během hibernace. Mohou pouze určit, zda v mozku pozorují fyziologické procesy, které běžně se spánkem a sněním souvisejí.
A právě zde přichází mimořádně zajímavá výjimka z Madagaskaru.
Lemur, který dokáže hibernovat a přitom vykazovat REM spánek
Lemur druhu Cheirogaleus medius, česky často označovaný jako maki tlustoocasý, patří mezi neobvyklé primáty, kteří dokážou hibernovat po dobu několika měsíců. Jde o drobného madagaskarského primáta, který si před obdobím nedostatku ukládá zásoby tuku zejména do ocasu.
Na Madagaskaru totiž není hlavním problémem vždy zimní chlad. Některé oblasti ostrova procházejí výrazným obdobím sucha, během kterého se snižuje dostupnost ovoce a dalších zdrojů potravy. Maki tlustoocasý tento čas překonává díky zásobám tuku a výraznému omezení metabolismu.
Jeho hibernace může trvat tři až sedm měsíců. Během torporu se srdeční frekvence může snížit z běžných dvou až tří stovek tepů za minutu až na přibližně šest. Zajímavé je, že jeho tělesná teplota může výrazně kolísat podle okolního prostředí.
Studie publikovaná roku 2013 v časopise Sleep zjistila, že se u tohoto druhu během hibernace mohou objevovat epizody REM spánku při relativně vysokých okolních teplotách. Výzkum z roku 2016 pak ukázal, že další příbuzné druhy makiů mají odlišné vzorce spánku a torporu.
Tyto výsledky naznačují, že vztah mezi tělesnou teplotou, metabolismem a spánkem je složitější, než se dříve předpokládalo. Dokonce i mezi blízce příbuznými druhy mohou existovat podstatné rozdíly.
Zda maki během těchto epizod skutečně sní, nevíme. Jeho mozek však za určitých podmínek vykazuje aktivitu podobnou fázi spánku, ve které lidé často prožívají sny.
Proč některá zvířata hibernují a jiná raději odletí nebo zůstanou aktivní
Hibernace je především evoluční strategií pro překonávání období, kdy se běžný život stává energeticky nevýhodným. Pokud by zvíře muselo v zimě spotřebovat více energie na hledání potravy a udržování tělesné teploty, než kolik by dokázalo získat, může být hluboký útlum organismu výhodnější možností.
Nejde však o univerzální řešení. Různé druhy se během evoluce přizpůsobily odlišným podmínkám a vytvořily si vlastní strategie přežití.
Například mnoho ptáků řeší sezónní nedostatek potravy migrací. Místo toho, aby zůstali v nehostinném prostředí a zpomalili metabolismus, přesunou se tam, kde mají lepší podmínky. Jiné druhy, například sýkory nebo veverky, zůstávají aktivní i v zimě a spoléhají na zásoby potravy, změny chování či schopnost vyhledávat vhodné úkryty.
Velcí býložravci, například jeleni, často přečkávají zimu díky kombinaci tukových zásob, zimní srsti, omezení pohybové aktivity a změnám ve výběru potravy. Hluboká hibernace pro ně není nutnou ani snadno dosažitelnou strategií.
Podstatná je také velikost těla. Malí savci mají vzhledem ke své hmotnosti velký povrch, kterým ztrácejí teplo, a udržování stálé tělesné teploty pro ně může být energeticky velmi náročné. Právě proto je u některých drobných druhů hluboký torpor obzvlášť výhodný.
Rozhodující však není jen zima nebo hlad. Výzkum ukazuje, že hibernace může také snižovat vystavení některým predátorům. Zvíře ukryté v bezpečném úkrytu, které se téměř nepohybuje a výrazně omezuje aktivitu, může být obtížněji zjistitelné.
Hibernace ale zároveň přináší náklady. Vyžaduje specifické fyziologické přizpůsobení, vhodný úkryt a dostatečné energetické zásoby. Zvíře navíc během dlouhého útlumu nemůže běžně vyhledávat potravu, rozmnožovat se nebo aktivně reagovat na změny prostředí.
To vysvětluje, proč se tato strategie nevyvinula u všech savců. Evoluce nevybírá jednu univerzálně nejlepší cestu, ale zvýhodňuje různé způsoby přežití podle konkrétních životních podmínek.
A co medvědi? Ti hibernují úplně jinak
Medvědi představují zvláštní případ, protože jejich zimní útlum se výrazně liší od hluboké hibernace malých savců.
Například američtí medvědi baribalové mohou během zimního období snížit svůj metabolismus přibližně na čtvrtinu běžné úrovně, přestože jejich tělesná teplota neklesá tak dramaticky jako u syslů nebo ježků. Zůstává většinou kolem 30 až 36 stupňů Celsia.
To znamená, že jejich organismus dokáže výrazně šetřit energii, aniž se musí ochladit téměř na teplotu okolního prostředí. Medvědi navíc během zimování často nepřijímají potravu ani vodu a dokážou mimořádně účinně hospodařit s tělesnými zásobami.
V minulosti se proto někdy uvádělo, že medvědi nejsou skuteční hibernátoři. Současné fyziologické pojetí však nehodnotí hibernaci pouze podle poklesu tělesné teploty, ale především podle řízeného snížení metabolismu. Medvědi tak představují odlišnou, ale skutečnou formu hibernace.
Právě srovnání medvěda a sysla dobře ukazuje, že zimní útlum nemá jedinou podobu. Malý hlodavec může snížit teplotu téměř k bodu mrazu a pravidelně se probouzet, zatímco velký medvěd zůstává relativně teplý a jeho metabolismus se udržuje na nízké úrovni po dlouhé období.
Oba přitom řeší stejný základní problém: jak přežít měsíce, během nichž je získávání potravy obtížné nebo energeticky nevýhodné.
Proč vědce zajímá hibernace i kvůli lidskému zdraví
Schopnost hibernujících savců chránit vlastní organismus během dlouhodobé nečinnosti přitahuje stále větší pozornost biologů a lékařů.
U člověka vede dlouhé ležení k úbytku svalové hmoty, oslabení kostí a dalším zdravotním komplikacím. Některá hibernující zvířata však dokážou po mnoha týdnech nečinnosti obnovit běžný pohyb s překvapivě malými následky. Jejich organismus využívá mechanismy, které omezují poškození svalů a dalších tkání.
Výzkumníky zajímá také ochrana mozku při nízké tělesné teplotě a omezeném metabolismu. Pokud by se podařilo přesněji pochopit, jak některé druhy zvládají podobné podmínky bez rozsáhlého poškození nervové tkáně, mohlo by to inspirovat další výzkum ochrany orgánů během kritických zdravotních stavů.
O možnosti využít principy hibernace se uvažuje také v souvislosti s dlouhodobými vesmírnými lety. Jde však o vzdálenou hypotetickou aplikaci, nikoli o technologii, kterou bychom dnes dokázali bezpečně použít u člověka.
Hibernace tak ukazuje, jak rozdílně mohou fungovat organismy, které přitom patří do stejné skupiny savců. Stav, který by pro člověka znamenal bezprostřední ohrožení života, představuje pro některé druhy pravidelnou součást jejich ročního cyklu.
A otázka, zda při tom některá zvířata sní, je jen jedním z mnoha tajemství tohoto neobyčejného fyziologického režimu. Mnohem větší záhadou zůstává, jak dokáže jejich tělo na dlouhou dobu omezit většinu svých energetických potřeb a následně se vrátit k běžnému životu.
MOHLO BY SE TI TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], BBC Science Focus – The strange reason hibernating animals don’t dream [2]
