Torpor - Torpor

Torpor je stav snížené fyziologické aktivity u zvířete, obvykle charakterizovaný sníženou tělesnou teplotou a rychlostí metabolismu . Torpor umožňuje zvířatům přežít období snížené dostupnosti potravy. Termín „torpor“ může odkazovat na čas, který hibernátor stráví při nízké tělesné teplotě, trvající dny až týdny, nebo může odkazovat na období nízké tělesné teploty a metabolismu trvající méně než 24 hodin, jako v „denním torpor“.

Mezi zvířata, která denně procházejí torptem, patří ptáci (dokonce i malí kolibříci , zejména Cypselomorphae ) a někteří savci, včetně mnoha druhů vačnatců, druhů hlodavců (například myší ) a netopýrů . Během aktivní části svého dne si taková zvířata udržují normální tělesnou teplotu a úroveň aktivity, ale jejich rychlost metabolismu a tělesná teplota během části dne (obvykle v noci) klesá, aby se šetřila energie.

Některá zvířata sezónně procházejí dlouhými obdobími neaktivity se sníženou tělesnou teplotou a metabolismem, které se skládají z několika záchvatů torpor. Toto je známé jako hibernace, pokud k tomu dojde v zimě, nebo k estetizaci, pokud k tomu dojde v létě. Denní torpor, na druhé straně, není sezónně závislý a může být důležitou součástí zachování energie v každém ročním období.

Torpor je dobře řízený termoregulační proces a není, jak se dříve myslelo, výsledkem vypnutí termoregulace. Torpor vačnatce se liší od nemanželského savčího ( eutherianského ) torpora v charakteristikách vzrušení. Eutherianovo vzrušení se spoléhá na teplom produkující hnědou tukovou tkáň jako mechanismus pro urychlení zahřívání. Mechanismus vzrušení vačnatce není znám, ale zdá se, že nespoléhá na hnědou tukovou tkáň.

Vývoj

Vývoj torportu pravděpodobně doprovázel vývoj homeotermie . Zvířata schopná udržovat tělesnou teplotu nad okolní teplotou, když to ostatní členové jejího druhu nemohli, by neměla kondiční výhodu. Mezi výhody udržování vnitřních teplot patří prodloužení doby hledání potravy a menší náchylnost k extrémním poklesům teploty. Tato adaptace rostoucí tělesné teploty na píce byla pozorována u malých nočních savců, když se poprvé probudili večer.

Přestože homeotermie poskytuje výhody, jako je zvýšená aktivita, drobní savci a ptáci udržující vnitřní tělesnou teplotu tráví při nízkých okolních teplotách až 100krát více energie ve srovnání s ektotermami. Aby se s touto výzvou vyrovnali, udržují tato zvířata mnohem nižší tělesnou teplotu a zůstávají spíše nad teplotou okolí než při normální provozní teplotě. Toto snížení tělesné teploty a rychlosti metabolismu umožňuje prodloužené přežití zvířat schopných vstoupit do torpidních stavů.

V roce 2020 vědci oznámili důkazy o torporu u Lystrosaura žijícího ~ 250 Mya v Antarktidě-nejstarší důkaz stavu podobného hibernaci u obratlovců.

Funkce

Zpomalení rychlosti metabolismu za účelem úspory energie v dobách nedostatečných zdrojů je primárně zaznamenaným účelem torpor. Tento závěr je do značné míry založen na laboratorních studiích, kde byl pozorován torpor po nedostatku potravy. Existují důkazy o dalších adaptačních funkcích torpor, kde jsou zvířata pozorována v přirozených kontextech:

Cirkadiánní rytmus během torpor

Zvířata, která mohou vstoupit do torpor, spoléhají na biologické rytmy, jako je torpor, aby pokračovaly v přirozených funkcích. Různá zvířata zvládnou svůj cirkadiánní rytmus odlišně a u některých druhů se zdá, že se úplně zastaví (například u evropských křečků). Jiné organismy, jako je černý medvěd, vstupují do torpor a přecházejí do vícedenních cyklů, než aby spoléhali na cirkadiánní rytmus. Je však vidět, že medvědi v zajetí i volně žijící medvědi při vstupu do torpor vyjadřují podobné cirkadiánní rytmy. Medvědi vstupující do torporu v simulovaném doupěti bez světla vyjadřovali normální, ale nízko fungující rytmy. Totéž bylo pozorováno u divokých medvědů pocházejících z přírodních oblastí. Funkce cirkadiánních rytmů u černých, hnědých a ledních medvědů naznačuje, že jejich torporální systém je evolučně vyspělý.

U malých ptáků byla pozorována ochrana tuků

Torpor se ukázal být strategií malých migrujících ptáků ke zvýšení jejich tělesného tuku. Kolibříci, odpočívající v noci během migrace, byli pozorováni při vstupu do torpor, což pomohlo zachovat tukové zásoby po zbytek jejich migrace.

Tato strategie využití torpor ke zvýšení tělesného tuku byla pozorována také u zimujících ptáků. Black-capped chickadees , žijící v mírných lesích Severní Ameriky, nemigrují v zimě na jih. Chickadee může udržovat tělesnou teplotu o 12 ° C nižší než normálně. Toto snížení metabolismu mu umožňuje uchovat 30% tukových zásob nahromaděných z předchozího dne. Bez použití torpor by nebyl schopen uchovat tukové zásoby, aby přežil zimu.

Výhoda v prostředí s nepředvídatelnými zdroji potravin

Torpor může být strategií zvířat s nepředvídatelnými zásobami potravin. Například živí hlodavci s vysokou šířkou využívají torpor sezónně, když se nerozmnožují. Tito hlodavci používají torpor jako prostředek k přežití zimy a k reprodukci v dalším reprodukčním cyklu, když je dostatek zdrojů potravy, oddělující období torpor od reprodukčního období. Některá zvířata používají během svého reprodukčního cyklu torpor, jak je vidět na nepředvídatelných stanovištích. Zažívají náklady na prodloužené reprodukční období, ale odměnou je přežití, aby se vůbec mohli rozmnožovat.

Na východní dlouholetou ušatý netopýr použití strnulosti během zimy a je schopen vzbudit pícnin během teplých období.

Přežití při hromadném vymírání

Navrhuje se, aby toto každodenní používání torporů mohlo umožnit přežití díky událostem hromadného vyhynutí. Heterotermy tvoří pouze čtyři z 61 savců, u nichž bylo potvrzeno, že za posledních 500 let vyhynuli. Torpor umožňuje zvířatům snížit energetické požadavky, což jim umožňuje lépe přežít drsné podmínky.

Mezidruhová soutěž

Mezidruhová konkurence nastává, když dva druhy vyžadují stejný zdroj pro výrobu energie. Torpor zvyšuje kondici v případě mezi-specifické soutěže s noční společnou ostnatou myší. Když zlatá ostnatá myš zažije sníženou dostupnost potravy dietou, která se překrývá s běžnou ostnatou myší, stráví více času v torpidním stavu.

Odolnost proti parazitům u netopýrů

Ukázalo se, že pokles teploty z torpora snižuje schopnost parazitů reprodukovat se. Ektoparaziti netopýrů v mírných pásmech mají sníženou reprodukční rychlost, když se netopýři dostanou do torpor. Tam, kde netopýři do torpor nevstupují, se paraziti množí konstantní rychlostí po celý rok.

Možnost hlubokého spánku NASA pro misi na Mars

V roce 2013 společnost SpaceWorks Engineering začala zkoumat způsob, jak dramaticky snížit náklady na lidskou expedici na Mars tím, že se posádka na 90 až 180 dní prodlouží. Cestování v režimu hibernace by snížilo metabolické funkce astronautů a minimalizovalo požadavky na podporu života během víceletých misí.

Viz také

Poznámky