Бурозубки зі стисненим на зиму мозком пішли проти відомих правил метаболізму
Хоча у звичайних бурозубок до зими знижуються маса тіла в цілому і мозку зокрема, швидкість їх метаболізму, всупереч екологічним правилам, не зростає, повідомляється в. Чим мельче організм, тим швидше в перерахунку на одиницю маси тіла він охолоджується (і тим більше сил треба на підтримку постійної температури), але на бурозубок ця закономірність не діє. Цікаво, що від поглинання кисню мозком швидкість обміну речовин бурозубок в даному випадку майже не залежить.
Щоб підтримувати постійну температуру тіла, треба безперервно виробляти тепло, а для цього потрібно багато їсти. У місцевостях з сезонним кліматом доступність їжі періодично змінюється, через що однаково добре харчуватися в різні пори року важко або навіть неможливо. Частина теплокровних тварин вирішує цю проблему тим, що знижує рівень активності, впадаючи в зимовий сон або більш глибокий стан спокою - гібернацію. Хтось робить запаси на холодні або сухі періоди.
Жодної з цих стратегій не дотримуються дрібні всеїдні ссавці - звичайні бурозубки. Вони активні і взимку, і влітку, але їжу не запасають. Головна сезонна зміна в їх організмах - зниження маси окремих органів і всього тіла до зими. Бурозубки, які живуть трохи менше двох років, народжуються влітку, стрімко ростуть і швидко досягають максимальних габаритів (довжина до 8 сантиметрів, маса до 13 грамів), а восени їх маса падає приблизно на 20 відсотків. На 17 відсотків зменшується обсяг черепної коробки, і, як наслідок, стискається головний мозок. Навесні бурозубки знову ростуть.
Такі парадоксальні зміни повинні мати адаптивну цінність, але в чому вона полягає, достеменно не відомо. Дослідники з Інституту вивчення поведінки тварин Товариства Макса Планка, які кілька років тому підтвердили сезонне зменшення мозку, припустили, що справа в зниженні споживання кисню. Головному мозку потрібен більший обсяг цього газу, ніж іншим органам, так що його стиснення могло заощадити бурозубкам чимало енергії.
З іншого боку, чим менше об'єм тіла (вважаємо, що він прямо пропорційний масі), тим нижче його ставлення до площі поверхні організму і тим швидше тварина повинна охолоджуватися. Ця закономірність відома під ім'ям екологічного правила Бергмана. Відповідно, при зменшенні органів бурозубки повинні виробляти більше тепла, щоб зберегти свою звичайну температуру. Для цього їм знадобиться прискорити метаболізм, хоча теплокровним, навпаки, зазвичай потрібно уповільнювати його на зиму.
Німецькі вчені перевірили ці теоретичні викладки на практиці: вони ловили звичайних бурозубок у місцевому лісі в січні, квітні та червні 2016 і 2017 років. Відразу після упіймання зоологи визначали масу тіла і вік тварин. Потім звірят (всього їх було 29) по кілька днів тримали в індивідуальних клітинах з їжею і водою, притулками і колесами. Періодично вчені вимірювали рівень метаболізму бурозубок - кількість споживаного ними кисню. Поведінку записували на відео, щоб оцінити, чи є відмінності в їх активності за сезонами.
Виявилося, що абсолютне споживання кисню в холодну пору року у бурозубок не зростає, а навіть трохи знижується. Це суперечить правилу Аллена, за яким дрібніші тварини повинні витрачати більше енергії (а кисень потрібен для того, щоб «спалити» калорії) на підтримку температури тіла. Внесок зменшення обсягів мозку в цю економію виявився незначним: найбільше енергії споживали не молоді особини з найбільшим мозком, а великі дорослі бурозубки з мозком середнього обсягу. Однак поведінка тварин різнилася за сезонами: взимку землерийки проводили більше часу в пошуках їжі, багато відпочивали і мало бігали, а влітку звірки значно частіше використовували колесо і відпочивали рідко.
Як звичайні бурозубки уникають прискорення обміну речовин при зниженні температури середовища, будучи теплокровними, незрозуміло. Автори роботи припускають, що звірят виручає те, що при зниженні їх маси падає і потреба в їжі, і це якимось чином пересилює прискорене охолодження поверхні тіла. Також ймовірно, що за рахунок швидкого метаболізму виробляє стільки зайвого тепла, що його вистачає на обігрів тварини і при негативних температурах (тому бурозубки так поширені у високих широтах), а справжню проблему терморегуляція для них представляє влітку, коли охолодитися стає набагато складніше.
Представники сімейства землерийкових, до якого належить звичайна бурозубка, мають масу незвичайних пристосувань. Два види з Центральної Африки, угандська білозубка-броненоска і білозубка Тора, володіють укріпленим хребтом - біля угандської білозубки він найважчий у перерахунку на масу тіла тварини. Хребці в його поперековому відділі мають безліч відростків, якими додатково з'єднуються один з одним. За рахунок цього хребетний стовп таких білозубок може витримати величезну вагу. Звірочки, можливо, використовують його як важіль, щоб піднімати гілки та інші важкі об'єкти в пошуках їжі - кільчастих черв'яків.