Генетическое исследование, проведенное под руководством Университета штата Вашингтон, подтвердило данные наблюдений о том, что выработка энергии медведями ежедневно увеличивается утром и снижается вечером, даже когда они спят в течение нескольких месяцев без еды. Исследователи также обнаружили, что во время спячки амплитуда выработки энергии притупляется, то есть диапазон максимумов и минимумов сокращается.

"Это подчеркивает важность самих циркадных ритмов — они дают организмам гибкость, чтобы продолжать функционировать в таком экстремальном состоянии, как спячка", — говорит Хайко Янсен, профессор кафедры интегративной физиологии и нейробиологии Университета штата Вашингтон.

Другое исследование показало, что циркадные ритмы, 24-часовые физические циклы, общие для большинства живых существ на Земле, связаны с метаболическим здоровьем. У людей серьезные нарушения этих закономерностей, например, возникающие при работе в ночную смену, связаны с метаболическими проблемами, такими как увеличение веса и повышенный риск развития диабета.

В каком-то смысле медведи — экстремальные посменные работники, которые берут отпуск на срок до шести месяцев, когда впадают в спячку. Исследователи, подобные команде Янсена, пытаются выяснить, как они приобретают, казалось бы, нездоровую привычку набирать лишний вес, а затем обходятся без еды и мало двигаются в течение нескольких месяцев – и все это без пагубных последствий, таких как потеря костной массы или таких заболеваний как диабет.

В отличие от грызунов, которые во время спячки находятся почти в коматозном состоянии, медведи время от времени двигаются в этот период покоя. В ходе наблюдений за медведями гризли исследователи обнаружили, что эти движения, как правило, следуют циркадному ритму, то есть чаще происходят днем, чем ночью.

В текущем исследовании ученые попытались выяснить, выражен ли этот циркадный ритм на клеточном уровне. Они взяли образцы у шести медведей в периоды активности и спячки, а затем культивировали эти клетки для проведения ряда генетических анализов.

Чтобы имитировать спячку, исследователи изучили клетки при пониженной температуре, которая типична для тела медведей во время спячки (около 34 градусов по Цельсию) и при температуре, характерной для активного сезона — 37 градусов по Цельсию.

Они обнаружили, что тысячи генов ритмично экспрессируются в спящих клетках медведя. Это трансформировалось в энергетические ритмы посредством повышения и снижения производства аденозинтрифосфата или АТФ, клеточного источника энергии в организме. АТФ продолжает вырабатываться и во время спячки, но менее активно, с более низкими пиками и спадами.

Поддержание циркадного ритма само по себе требует некоторой энергии. Исследователи полагают, что, изменяя этот ритм во время спячки, медведи могут по-прежнему получать энергетическую пользу от ежедневного цикла без особых затрат – что, вероятно, помогает им выжить, обходясь без еды в течение нескольких месяцев.

"Это похоже на настройку термостата. Если вы хотите сэкономить немного энергии, вы выключаете термостат, и именно это, по сути, и делают медведи, — объясняет Янсен. — Они используют способность подавлять циркадный ритм, но не останавливают ход часов. Это такой способ тонкой настройки метаболического процесса и расхода энергии у животного".

Исследование было опубликовано в Journal of Comparative Physiology B.