زمستان خوابی جانوران

بشر فقط در میان صفحات داستان‌های علمی – تخیلی می‌تواند به حالت تعلیق حیات فرو برود، حال آن که جانورانِ زمستان خواب، این حالتِ تقریباً شبه مرگ را تا شش ماه در سال تجربه می‌کنند. مثلاً وقتی که سنجاب زمینی در زمستان به خواب می‌رود دمای بدنش از سطح دمای عادی پستان‌داران، که حدود سی و هفت درجه‌ی سانتیگراد است، به یکی دو درجه کاهش پیدا می‌کند، و ضربان قلب طی سه یا چهار ساعت از سی‌صد و پنجاه ضربه در دقیقه به دو تا چهار ضربه تقلیل می‌یابد. جانوران چگونه با این افت دما و کاهش سطح سوخت و ساز دوام می‌آورند؟ و اصولاً چگونه به خواب زمستانی فرو می‌روند؟ رولاند آلویا از بخش بی‌هوشی شناسی دانشکده‌ی پزشکی دانشگاه لومالیندا در کالیفرنیا گفت: «واقعاً نمی‌دانیم.» زمستان خوابی باعث ذخیره‌ی انرژی می‌شود، و نیز راهی است که جانوران می‌توانند به آن طریق از سرمای زمستان دوری گزینند.
گرچه مردم زمستان خوابی را به خرس نسبت می‌دهند، تنها پستان‌داران کوچکی مثل سنجاب زمینی، همستر، جوجه تیغی، نوعی موش خرما به نام وودچاک، و خفاش می‌توانند زمستان خوابیِ واقعی داشته باشند. بعضی از جانوران، از جمله گونه‌های مختلفی از مارها، حلزون‌های خشکی‌زی، و مارمولک، در تابستان که آب کمیاب است به حالتی از خفتن وارد می‌شوند. در خرس‌ها نسبت مساحت سطح بدن به جِرم آن به اندازه‌ای نیست که بتواند حرارت بدن را آن‌قدر پایین بیاورد که دمای بدن جانور به حد مورد لزوم برای حالت زمستان خوابی برسد. دمای بدن خرس در زمستان ندرتاً به زیر سی درجه‌ی سانتیگراد می‌رسد، بنابراین به آسانی بیدار می‌شود. برای برای جانورانِ حقیقتاً زمستان خواب که دمای بدنشان در حالت خواب زمستانی تقریباً به دمای انجماد آب نزدیک است، چندین ساعت طول می‌کشد تا بیدار شوند.
دانشمندان سال‌ها در این فکر بودند که هوای سرد پاییزی آغازگر زمستان خوابی است، اما سنجاب زمینیِ پوست طلایی که غالباً در دمای شبانه‌ی حدود سی و پنج درجه‌ای (سانتیگراد) به سر می‌برد، معمولاً سالیانه هر سی‌صد تا سی‌صد و شصت روز یک بار علائم خواب زمستانی را بروز می‌دهد. این سنجاب نمی‌تواند در چنین گرمایی، دمای بدنش را به دمای مناسب برای خواب زمستانی برساند، اما طوری وزن از دست می‌دهد که گویی در خواب زمستانی است.
بنا به عقیده‌ی اریک پنگلی، از دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید، این امر بر نوعی آهنگ درونی بدن دلالت دارد. او دریافت که بسیاری از گونه‌های دیگر سنجاب زمینی نیز ساعت سرخود دارند. این ساعت درونی که ممکن است در سایر جانوران زمستان خواب وجود داشته یا نداشته باشد ظاهراً تغییرات سوخت و سازی را که هر سال در بدن سنجاب‌های زمینی رخ می‌دهد تنظیم می‌کند.
پژوهشگران در دهه‌های اخیر از سرم خون موش خرمای وودچاک و گونه‌ای از سنجاب زمینی که هر دو در خواب زمستانی بودند ماده‌ای جدا کردند. هنگامی که این «ماده‌ی آغازگر» به سنجاب تزریق شود، جانور به خواب زمستانی فرو می‌رود. شاید این ماده‌ی آغازگر در ترکیب با ترشح دیگری که ضد آغازگر نام دارد عمل می‌کند. داو و اپوریر عقیده داشتند که ماده‌ی ضد آغازگر در جریان خون موجب فعال نگه داشتن جانور در بهار و تابستان می‌شود. اما تولید ماده‌ی آغازگر ادامه پیدا می‌کند و با رسیدنِ پاییز، اثر ماده‌ی ضد آغازگر را تحت‌الشعاع قرار می‌دهد و جانور به خواب زمستانی فرو می‌رود. هنگامی که در بهار، ماده‌ی ضد آغازگر کافی دوباره ترشح می‌شود، جانور مجدداً فعال می‌گردد. بنا به عقیده‌ی این دو پژوهشگر، این مواد کلید درک سازوکار پیچیده‌ی خواب زمستانی هستند.
هنری سوان از دانشگاه ایالتی کلورادو، از مغز سنجاب‌ها و دیگر جانوران هورمونی استخراج کرد که آن را آنتابالون (مخفف Anti-metabolic Hormone یا هورمون ضد سوخت‌وساز) نامید. هنگامی که آنتابالون به موش که زمستان خواب نیست تزریق می‌شود، شدت سوخت‌وساز جانور را کاهش می‌دهد: همین به نوبه‌ی خود دمای بدن جانور را به حدود پنج درجه‌ی سانتیگراد تقلیل می‌دهد.
سنجاب زمینی با دو برابر کردن وزن بدن و ایجاد شیاری در زمین به عمق حدود یک متر، خود را برای خواب زمستانی آماده می‌کند. این عمق موجب می‌شود به رغم تغییرات دمای سطح زمین، دمای لانه‌ی سنجاب تقریباً ثابت بماند. سپس چاله‌ی کوچکی را به عنوان بستر زمستانی حفر می‌کند که از خودش تنها کمی بزرگ‌تر است. جانور، زمستان را در حالی که خود را مانند توپی جمع و جور و گرد کرده و پنجه‌ها و سرش را زیر بدنش پنهان کرده است، در این حفره می‌گذراند. این حفره‌ی تنگ باعث می‌شود که جانور گرما ذخیره کند، اما دفع دی اکسید کربن را نیز به شدت کاهش می‌دهد. گرچه سنجابی که در حال خواب زمستانی است ممکن است فقط هر چند دقیقه یک بار تنفس کند، بدن او از لحاظ مقدار اکسیژن تأمین است و هیچ اثری از انباشتگی خطرناک دی اکسید کربن در بدنش مشاهده نمی‌شود – اما درباره‌ی این که چگونه چنین می‌شود، کسی نمی‌داند.
بیداری دوره‌ای جانوران زمستان خواب نیز پژوهشگران را حیران می‌کند. در فاصله‌های زمانی متغیر – در سنجاب زمینی در حدود هر چهارده روز – دمای بدن جانور به حالت عادی باز می‌گردد. طی این دوره، خوردن غذا و دفع آن احتمالی است، ولی دفع ادرار همواره وجود دارد. پس از دوازده تا بیست و چهار ساعت فعالیت، جانور برای چهارده روز دیگر به حالت خواب زمستانی باز می‌گردد. کالری مصرف شده در طی این دوره‌های فعالیت، از لحاظ اندازه در حدود هشتاد تا نود درصد کل کالری‌های مصرفی در حین خواب زمستانی است.
رولاند آلویا با بررسی تغییرات زیست شیمیاییِ غشای یاخته‌هایی که اندام‌های مختلف جانوران زمستان خواب را می‌سازند پاسخ برخی از معماهای این فرایند را جستجو کرد. در غشاها، که حرکت مواد را به درون و بیرون یاخته‌ها تنظیم می‌کنند، چربی‌هایی به نام فسفولیپید وجود دارند که تغییر ساختار پیدا می‌کنند تا در دماهای کم بهتر عمل کنند. بسیاری از اسیدهای چرب متصل به فسفولیپیدها اشباع شدگی کم‌تری پیدا می‌کنند، و ممکن است این امر هدایت ضربان‌های الکتریکی مغز و قلب را در دمای خواب زمستانی بهبود بخشد.

آلویا گفت: «زمستان خوابی، خود، پدیده‌ای جالب است، اما به عقیده‌ی من جالب‌تر از همه این است که غشای یاخته‌ها در دماهای اندک هم حالت تحریک‌پذیری دارند. برای مثال، وقتی دمای بدن انسان به پانزده تا بیست درجه‌ی سانتیگراد برسد، ضربان قلب متوقف می‌شود، اما قلبِ جانوران زمستان خواب در یک درجه‌ی سانتیگراد هم هنوز به ضربان خود ادامه می‌دهد. اعصاب این جانوران نیز در چنان دمای کمی، تحریکات عصبی را هدایت می‌کنند. این که چگونه سنجاب از پسِ چنین کاری برمی‌آید را نمی‌دانیم.»