Cách hoạt động của chế độ ngủ đông

Mọi động vật sống trên Trái đất luôn đốt cháy năng lượng. Các hoạt động thể chất như đi bộ và hít thở đốt cháy năng lượng. Bơm máu và tiêu hóa thức ăn đốt cháy năng lượng. Ngay cả suy nghĩ cũng đốt cháy năng lượng. Đối với động vật máu nóng, rất nhiều năng lượng được đốt cháy chỉ cần giữ nhiệt độ cơ thể ở nơi chúng ta cần. Ngay cả khi chúng ta đang ngủ , chúng ta đang đốt cháy năng lượng.

Thư viện hình ảnh động vật có vú

Đó là lý do toàn bộ động vật ăn - để có đủ năng lượng cung cấp năng lượng cho tất cả các quá trình đó. Hệ thống hoạt động tốt khi có nhiều trái cây trên cây hoặc thỏ để bắt và ăn (hoặc bánh pizza trong tủ đông). Nhưng điều gì sẽ xảy ra khi mùa đông đến và việc tìm kiếm thức ăn trở nên rất khó khăn? Làm thế nào để động vật tồn tại với ít nguồn năng lượng có sẵn?

Có rất nhiều chiến lược sinh tồn trong mùa đông trong thế giới động vật, và một trong những chiến lược hấp dẫn nhất là ngủ đông. Một số động vật chuyển sang trạng thái "hoạt ảnh bị treo". Nhịp thở và nhịp tim của họ chậm lại và chúng cho phép nhiệt độ cơ thể giảm xuống, trong một số trường hợp, thậm chí còn dưới mức đóng băng. Chúng bỏ ăn và trong nhiều trường hợp ngừng bài tiết. Tất cả những điều này xảy ra để con vật có thể sử dụng ít năng lượng hơn.

Cho dù một con vật ngủ đông hay di cư đến một khu vực ấm áp hơn nói chung là một điều kỳ lạ của quá trình tiến hóa . Các loài động vật nhỏ hơn có xu hướng ngủ đông cao hơn, bởi vì việc di cư sẽ đòi hỏi một lượng năng lượng khổng lồ so với kích thước cơ thể của chúng. Các loài động vật lớn hơn thường ít thích ngủ đông hơn vì phải cung cấp thêm năng lượng để làm ấm một cơ thể lớn.

Chế độ ngủ đông đa dạng hơn bạn nghĩ. Nhiều loài động vật ngủ đông trong hang cả mùa đông, nhưng một số loài lại ngủ đông vào mùa hè. Một số loài cá có thể ngủ đông trong lớp màng nhầy không thấm nước nếu hồ của chúng khô đi. Một số loài chim và dơi nhất định bước vào một kiểu ngủ đông hàng ngày được gọi là chim kêu.

Ở trang tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận về việc ngủ đông khác với ngủ như thế nào - và tìm hiểu điều gì xảy ra với động vật trong vườn thú.

Con cá vàng đang ngủ

Có thể bạn đã từng sở hữu một con vật ngủ đông vào một thời điểm nào đó trong đời và chưa bao giờ biết về nó. Cá vàng thuần hóa sống trong ao ngoài trời ngủ đông để vượt qua mùa đông. Chúng nổi ở đáy ao bên dưới lớp băng mùa đông trong tình trạng giảm hoạt động trao đổi chất. Mối nguy hiểm lớn nhất đối với chúng là sự tích tụ amoniac trong nước từ chất thải của chính chúng và xác thực vật thối rữa

1. Sự khác biệt giữa Ngủ đông và Ngủ đông là gì?
2. Biết khi nào cần ngủ đông (và khi nào thức dậy)
3. Nuts and Bolts of Hibernation
4. Ước tính và Torpor hàng ngày

Các nhà sinh vật học thích tranh luận về cách phân loại mọi thứ, và chế độ ngủ đông cũng không khác gì. Định nghĩa chung về ngủ đông là một trạng thái dài hạn, trong đó nhiệt độ cơ thể giảm đáng kể, quá trình trao đổi chất chậm lại đáng kể và con vật rơi vào tình trạng say mê cần một thời gian để hồi phục. Theo định nghĩa này, gấu không ngủ đông, bởi vì nhiệt độ cơ thể của chúng chỉ giảm nhẹ và chúng thức giấc tương đối dễ dàng. Tuy nhiên, không phải ai cũng chấp nhận định nghĩa hẹp này. Đối với mục đích của bài viết này, chúng tôi sẽ sử dụng thuật ngữ ngủ đông để mô tả bất kỳ sự giảm dài hạn nào về nhiệt độ cơ thể ( hạ thân nhiệt ) và sự trao đổi chất trong những tháng mùa đông.

Khi một con vật chuyển sang trạng thái ngủ đông trong suốt mùa hè, nó được gọi là sự tránh xa . Nó ít phổ biến hơn nhiều so với ngủ đông. Ngủ đông ở bò sát đôi khi được gọi là ngủ đông . Nó khác với chế độ ngủ đông của động vật có vú vì loài bò sát là loài máu lạnh - chúng không thể kiểm soát nhiệt độ cơ thể của mình, vì vậy chúng cần dành cả mùa đông ở một nơi đủ ấm.

Torpor là một từ khác gây ra một số nhầm lẫn. Nó đôi khi được sử dụng như một thuật ngữ chung để mô tả tất cả các loại chức năng giảm nhiệt độ và trao đổi chất khác nhau. Thông thường hơn, nó được sử dụng để mô tả các khoảng thời gian ngắn hạn của nhiệt độ giảm xảy ra thường xuyên như mọi ngày và chỉ trong vài giờ tại một thời điểm. Đây là cách sử dụng chúng tôi sẽ sử dụng để tránh nhầm lẫn.

Vì vậy, về cơ bản ngủ đông có phải là một giấc ngủ ngắn thực sự dài? Không. Những con vật này không chỉ ngủ mà chúng đang trải qua những thay đổi sinh lý có thể rất nghiêm trọng. Yếu tố quan trọng nhất của quá trình ngủ đông là nhiệt độ cơ thể giảm xuống, đôi khi lên đến 63 độ F. Chúng ta sẽ đi vào chi tiết ngay sau đây, nhưng bây giờ đủ để nói rằng các dấu hiệu quan trọng của động vật ngủ đông rất khác với các dấu hiệu quan trọng của một con vật tỉnh táo.

Ngược lại, giấc ngủ là một sự thay đổi chủ yếu về tinh thần. Có những khía cạnh sinh lý của giấc ngủ tương tự như ngủ đông, chẳng hạn như nhịp tim và nhịp thở giảm và nhiệt độ cơ thể giảm xuống, nhưng những thay đổi này rất nhẹ so với ngủ đông. Giấc ngủ cũng khá dễ dàng bị phá vỡ - nếu bạn bị đánh thức từ ngay cả giấc ngủ sâu nhất của mình, bạn có thể hoàn toàn tỉnh táo trong vòng vài phút. Giấc ngủ chủ yếu được đặc trưng bởi những thay đổi trong hoạt động của não bộ. Trên thực tế, sóng não của động vật ngủ đông gần giống với mô hình sóng não thức của chúng, mặc dù chúng có phần bị ức chế. Khi động vật thức giấc sau giấc ngủ đông, nó có nhiều biểu hiện thiếu ngủ và cần ngủ nhiều trong vài ngày tới để hồi phục.

Động vật trong vườn thú có ngủ đông không?

Động vật trong vườn thú thường sống trong môi trường khác với ngôi nhà tự nhiên của chúng, vì vậy chúng có thể không gặp phải các dấu hiệu môi trường vốn thường hình thành bản năng ngủ đông của chúng. Chúng cũng được cho ăn hàng ngày và có thể được cung cấp một nơi ấm áp để dạo chơi và ngủ nghỉ. Tuy nhiên, một số vườn thú cố tình kích hoạt chế độ ngủ đông ở một số loài để chúng có chu kỳ sống tự nhiên hơn.

Các loài động vật khác nhau ngủ đông vào những thời điểm khác nhau, và mỗi loài có một cách khác nhau để biết khi nào là thời điểm thích hợp. Chế độ ngủ đông được điều chỉnh chặt chẽ nhất bởi nhiệt độ. Khi bên ngoài trời trở lạnh, động vật sẵn sàng ngủ đông. Khi nó ấm lên, họ thức dậy. Do đó, thời gian ngủ đông có thể thay đổi tùy thuộc vào thời tiết năm đó. Một mùa hè ở Ấn Độ và sự tan băng sớm có thể dẫn đến một giấc ngủ đông rất ngắn.

Một số loài theo dõi sát sao nguồn cung cấp thức ăn của chúng . Khi chúng cạn dần, con vật biết rằng đã đến lúc phải thu thập những gì còn sót lại và chuyển sang cho mùa đông. Quang kỳ (độ dài trong ngày) kích hoạt chế độ ngủ đông cho những người khác.

Ngay cả khi một con vật không biết nhiệt độ bên ngoài là bao nhiêu, mặt trời lặn sớm hay tình trạng nguồn cung cấp thực phẩm hiện tại, nhiều con vẫn sẽ vào trạng thái ngủ đông vào cùng một thời điểm mỗi năm. Các thí nghiệm trong những điều kiện này đã chứng minh rằng một số loài sẽ tự động bước vào trạng thái ngủ đông vào thời điểm thích hợp, được hướng dẫn bởi một "lịch" sinh học bên trong [nguồn: Roots ]. Những nhịp sinh học này vẫn chưa được hiểu đầy đủ, nhưng tất cả các loài động vật đều bị ảnh hưởng bởi chúng, ngay cả con người. Các loài động vật đi vào hoạt động hàng ngày thay vì phụ thuộc vào nhịp sinh học , phiên bản hàng ngày.

Cần có sự chuẩn bị để ngủ đông thành công. Một số loài động vật chuẩn bị một cái hang (còn được gọi là ngủ đông ) và lót nó bằng vật liệu cách nhiệt, giống như lá hoặc bùn. Sóc đất và vượn cáo làm điều này. Gấu Bắc Cực đào đường hầm trong tuyết. Những con gấu khác có thể dành cả mùa đông trong một cái hốc bên cạnh một cái cây hoặc một hang động nông, để chúng tiếp xúc một phần với thời tiết. Dơi nổi tiếng là trú đông trong các hang động hoặc gác mái.

Tiếp theo phải kể đến việc bảo quản thực phẩm. Thức ăn có thể được giữ trong hang nếu không thể phân hủy được, nhưng điều này đòi hỏi con vật phải thức dậy một thời gian ngắn trong mùa đông để ăn. Một lựa chọn khác là ăn một lượng lớn thức ăn bắt đầu từ cuối mùa hè, giúp tích trữ lượng mỡ bên trong cơ thể . Một số loài động vật thậm chí còn làm cả hai. Nếu không thể tìm thấy đủ thức ăn để chuẩn bị cho giấc ngủ đông, nó có thể bị trì hoãn.

Tường giấy

Ong bắp cày mặt trắng xây tổ từ giấy. Họ tạo ra nó bằng cách cạo gỗ và trộn với nước bọt trước khi tạo thành các phòng và khoang. Tổ lớn dần trong suốt mùa hè, cuối cùng lớn bằng một quả bóng rổ. Khi mùa đông đến, có nhiều lớp giấy tạo thành tổ, và một lớp không khí ở giữa giấy. Điều này cung cấp khả năng cách nhiệt tuyệt vời. Những con ong bắp cày đang ngủ đông rung cánh định kỳ, tỏa ra nhiệt lượng cơ thể giữ cho tổ vừa đủ ấm để ong chúa tồn tại và bắt đầu một tổ khác vào mùa xuân.

Ngủ đông chủ yếu được kiểm soát bởi hệ thống nội tiết . Các tuyến trong cơ thể thay đổi lượng hormone được tiết ra và có thể kiểm soát mọi khía cạnh sinh lý của quá trình ngủ đông.

Khi một động vật có vú bước vào trạng thái ngủ đông, nó sẽ giống như một loài động vật máu lạnh. Nhiệt độ cơ thể của nó sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ xung quanh nó. Tuy nhiên, có một nhiệt độ tối thiểu, được gọi là điểm đặt . Nó giống như cài đặt nhiệt độ trên máy điều nhiệt của bạn ở nhà. Khi nhiệt độ cơ thể của động vật có vú đạt đến mức thiết lập, quá trình trao đổi chất sẽ bắt đầu và đốt cháy một số chất béo dự trữ. Điều này tạo ra một số năng lượng, lần lượt được sử dụng để làm nóng mọi thứ trở lại trên điểm đặt. Động vật lớn hơn có điểm đặt cao hơn. Nếu họ để nhiệt độ xuống quá thấp, nó sẽ cần một lượng năng lượng khổng lồ để đốt nóng trở lại.

Một số điều khác xảy ra khi một con vật đang ngủ đông:

Chất béo trong cơ thể, chứa nhiều năng lượng, được đốt cháy để cung cấp năng lượng cần thiết để duy trì các chức năng cơ thể ở mức tối thiểu này. Điều này có thể rất hiệu quả - sóc đất Bắc Cực sống hoàn toàn bằng lượng mỡ cơ thể tích trữ trong khoảng thời gian chín tháng. Một số loài không thể dự trữ đủ chất béo trong cơ thể, vì vậy những động vật đó có chế độ ngủ đông nhẹ hơn, cho phép chúng thức dậy định kỳ để ăn nhẹ.

Nếu một con vật đang đốt chất béo hoặc ăn vặt bằng các loại hạt dự trữ trong suốt mùa đông, thì điều gì sẽ xảy ra với tất cả chất thải? Không có phân nào được tạo ra vì không có gì đi qua đường tiêu hóa và ruột. Nhưng cơ thể luôn sản xuất urê , chất thải mà thành phần chính của nước tiểu. Cơ thể động vật ngủ đông có thể tái chế urê. Gấu không đi tiểu trong suốt mùa đông, nhưng chúng phân hủy urê thành các axit amin. Dù không uống nhưng họ cũng không bị mất nước. Họ có thể chiết xuất đủ nước từ chất béo trong cơ thể của chính họ để giữ nước.

Béo nâu

Động vật ngủ đông có một cách đặc biệt để giữ ấm: mỡ nâu. Mỡ cơ thể thường xuyên có màu trắng. Khi bị đốt cháy, nó bị phân hủy thông qua các bước trung gian để đốt cháy nhiên liệu, do đó tạo ra nhiệt cơ thể khi các cơ hoạt động. Tuy nhiên, chất béo nâu có một loại protein đặc biệt cho phép nó bỏ qua người trung gian. Chất béo nâu có thể bị oxy hóa trực tiếp bởi ty thể của tế bào (“trạm phát điện” của tế bào). Phản ứng hóa học này tạo ra nhiệt trực tiếp, không qua các bước trung gian và không gây rùng mình. Thuật ngữ khoa học cho quá trình này là sinh nhiệt không run.

Dự tính giống như ngủ đông trong thời tiết nóng bức. Các loài động vật sống ở sa mạc hoặc vùng khí hậu nhiệt đới thực hành việc xa lánh. Nó có thể không chỉ xảy ra vì các vấn đề cung cấp thức ăn , như khi ngủ đông, mà do các điều kiện trở nên quá nóng và khô để động vật có thể tồn tại. Quá trình này thường liên quan đến việc đào sâu xuống đất, nơi nhiệt độ luôn mát và giảm hoạt động trao đổi chất theo cách tương tự như ngủ đông.

Cá phổi có khả năng tuyệt chủng tuyệt vời cho phép chúng sống mà không cần nước đến 3 năm. Cá phổi là loài cá nguyên thủy vẫn còn phổi , cho phép chúng hít thở không khí. Khi hồ của cá phổi cạn nước, cá đào sâu xuống bùn, sau đó tiết ra chất nhầy cho đến khi phủ kín toàn bộ cơ thể. Chất nhầy khô lại thành một bao tải có chức năng giữ ẩm. Ngay cả khi bùn khô hoàn toàn, cá phổi vẫn ẩm và thở bằng ống chất nhầy.

Nhiều loài chim sử dụng tiếng hót hàng ngày để vượt qua những tháng lạnh hơn. Một ví dụ điển hình là chickadee đen. Tiếng kêu hàng ngày (thực sự nên được gọi là tiếng kêu hàng đêm) giống như giấc ngủ đông ngắn hạn cấp thấp. Nó chỉ kéo dài trong vài giờ và nhiệt độ cơ thể giảm chỉ vài độ. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng những mức độ này giúp tiết kiệm một lượng đáng kể lượng calo bị đốt cháy qua đêm.

Chim ruồi có tốc độ trao đổi chất cực kỳ cao, với nhịp tim có thể vượt quá 1.200 nhịp mỗi phút. Mức tiêu thụ năng lượng của chúng lớn đến mức chim ruồi sử dụng tiếng kêu hàng ngày để tiết kiệm năng lượng ngay cả ở vùng nhiệt đới. Tiếng kêu của chim ruồi sâu hơn các loài chim khác, với nhiệt độ vượt quá 50 phần trăm.

Để biết thêm thông tin về chủ đề ngủ đông và động vật như di cư và cộng sinh, hãy thử trang tiếp theo.

Ngủ đông có thể giúp con người không?

Các nhà nghiên cứu khác đã sử dụng hydrogen sulfide để tạo ra trạng thái ngủ đông ở chuột. Nếu quy trình này có thể được áp dụng cho con người, nó có thể giúp ổn định các nạn nhân bị tai nạn hoặc làm chậm sự tiến triển của dịch bệnh. Nó cũng có thể làm cho xạ trị ung thư hiệu quả hơn bằng cách giảm sự phụ thuộc của các tế bào khỏe mạnh vào oxy [nguồn: Trung tâm Nghiên cứu Ung thư Fred Hutchinson ]. Các nhà khoa học này cho rằng tất cả các loài động vật đều tiềm ẩn khả năng tồn tại trong trạng thái ngủ đông, kể cả con người. Bằng chứng giai thoại về việc con người sống sót trong thời gian dài với nhiệt độ cơ thể giảm xuống ủng hộ tuyên bố này.

Xuất bản lần đầu: 25 tháng 3, 2008

Ngủ đông nghĩa là gì?

Điều gì xảy ra với cơ thể trong quá trình ngủ đông?

Động vật có thực sự ngủ trong thời gian ngủ đông không?

Ngủ đông có giống với giấc ngủ của con người không?

Động vật có thức dậy trong quá trình ngủ đông không?

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn

Nguồn