زمستانخوابی یا خواب زمستانی (به انگلیسی:( Hibernation)
حالت عدم فعالیت متابولیکی در جانوران و کندی درازمدت آنها در زمستان است. در این حالت، درجه حرارت بدن پایین میآید، تنفس آهستهتر میشود و سوخت و ساز بدن کند میگردد. دلیل این حالت در جانوران، زنده ماندن در زمستان، بقاء در زمان کمبود غذا و بهرهبرداری از بافت چربی است. بسته به گونه جانور، درجه حرارت محیط و زمان سال، میزان خواب زمستانی متغیر است. فصل زمستان بهطور معمول برای جانورانی که در این فصل میخواهند به وسیلهٔ دورههای منقطع خواب زمستانی مشخص میشوند که توسط خصوصیات فردی درجه حرارت بدن به میزان عادی قابل برگشت است. فرضیهای وجود دارد که جانورانی که در فصل زمستان میخوابند نیاز به خوابیدن بهطور آهسته در طول زمستان در مقایسه با شکل معمولی خوابیدن دارند؛ و گاهی به منظور خوابیدن باید گرما دریافت کند. این فرضیه توسط سنجاب زمینی قطب شمال در برخی شواهد حمایت شدهاست.
علت زمستان خوابی
طی زمستان، رشد بیشتر گیاهان متوقف شده و اکثر جانوران خونسرد مثل حشرات فعالیت خود را کاهش میدهند. واکنش جانوران خونگرم متفاوت است. با این که برخی گونهها توانایی زنده ماندن در سرمای شدید حتی در قطب جنوب را دارند، مابقی گونهها تنها توانایی زیست در دامنهٔ محدودی از دما را دارند. اگر دمای بدن آنها از این محدوده فروتر یا فراتر رود، امکان دارد که جان خود را از دست دهند.
برای اکثر جانوران، بخش مشکل کار گرم نگهداشتن بدن است چرا که بدن پرندگان و پستانداران تقریباً همیشه گرم تر از محیط اطرافشان است. تنظیم چنین دمای زیادی در بدن نیازمند انرژی بالایی در قالب غذاست، که در زمستان کمیاب است. اکثر پرندگان با پرواز به سمت جنوب خود را گرم نگه میدارند. برخی جانوران بزرگ جثهٔ گیاهخوار مثل کاریبوها نیز مهاجرت میکنند؛ عملی که برای پستانداران کوچک ممکن نیست.
بسیاری از جانوران قطبی، گرما را بواسطهٔ رویش عایقهای ضخیم زمستانی حفظ میکنند. بهطور مثال، سگهای هاسکی پوششهای ضخیمی از کرک رشد میدهند که به آنها امکان این را میدهد که در دمای زیر ۳۰ درجه روی برف بخوابند، ولی جانوران کوچکتر گرما را با سرعت بیشتر از دست میدهند و مجبورند که غذای خود را سریعتر بسوزانند: یک موش، به عنوان مثال، انرژی را ۲۰ برابر سریعتر از یک گوسفند میسوزاند. علاوه بر این، میزان توانایی رشد پوشش در جانوران کوچک محدود است. پیرو این اصل، بسیاری از موجودات کوچک برای خود لانههای ایمنی، اغلب در داخل زمین میسازند.
برای این که یک پستاندار بزرگ جثه دمای خود را در حدود ۳۸ درجه نگه دارد، نیازمند خوردن غذاست. برخی گونههای موشها، ذخایری از چربی نگهداری میکنند که در مواقع کمبود غذا از آنها استفاده کنند. سایر جانوران زمستان را در ذخایری از دانهها و مغزها و… میگذرانند. برای بسیاری دیگر، بهویژه آنهایی که حشره خوارند، تنها راه حل کاهش مصرف انرژی به میزان حداقل ممکن است، که این عمل تنها با زمستان خوابی میسر میشود.
در میان پستانداران تخمگذار ابتداییتر، هم اکیدنا و هم نوکاردکی در دورههای کوتاه ۵–۱۰ روزه زمستان خوابی انجام داده و سپس برای مدت زمان مشابهی بیدار میشوند. صاریغ کوتولهٔ تاسمانی جزو معدود کیسهدارانی است که خواب زمستانی انجام دارد. این جانور در حالی که در حفرهی خالی یک کنده درخت خود را جمع کرده، به مدت ۶ تا ۱۲ روز میخوابد.
با این حال اکثر زمستان خوابها در گروهها جوندگان، حشره خواران و خفاشها قرار دارند. جوندگان زمستان خواب شامل سنجابهای زمینی، مارموتها، همسترها، موشهای زمستان خواب و موش خرماهای کوهی میشوند. جوجه تیغی، که احتمالاً شناخته شدهترین زمستان خواب است، ماههای سرد را در لانهٔ ساخته شده با برگهای خشک خود میگذراند. خفاشها نیز زمستان را در غارهای عمیق و مرطوب، در حالی که خود را با بالهایشان پوشاندهاند میگذرانند.
برخی پستانداران بزرگ، مثل خرس سیاه آمریکایی اکثر زمستان را در مخفیگاههای گرم خود میگذارنند، ولی زمستان خواب حقیقی محسوب نمیشوند. با اینکه ضربان قلب آنها تا حدود ۱۰ بار در دقیقه کاهش مییابد، دمای بدنشان در حدود ۳۰ درجه باقی میمانده و اگر این دما به زیر ۱۵ درجه برسد، جانور خواهد مرد. راکنها، گورکنها و راسوها نیز چنین وضعیتی دارند.
در پستانداران
پستاندارانی که خواب زمستانی دارند عبارتند از: خفاشها، برخی از گونههای سنجاب زمینی و جوندگان دیگر، لمور موشی، خارپشت سینهسفید، حشره خوار و جانوران کیسهدار میباشند. بسیاری از کارشناسان بر این باورند که فرایندهای مرگ کاذب روزمره و خواب زمستانی به شکل یک زنجیره هستند. برخی از گونههای خزندگان که گفته میشود خواب زمستانی را تحمل میکنند اما اتصال این پدیده در این حیوانات با خواب زمستانی روشن نیست. حیوانی مشهور در خواب زمستانی خرس است. هرچند خرسها بهطور واقعی خواب زمستانی حقیقی را ندارند. خرسها در طول زمستان در حال خواب هستند. درجه افسردگی متابولیکی نسبت به پستانداران کوچکتر بسیار کمتر است. درجه حرارت بدن خرس نسبتاً ثابت و پایدار باقی میماند از ۳۷ درجه سانتی گراد(۹۹ درجه فارنهایت) به حدود ۳۱ درجه سانتی گراد یا ۸۸ درجه فارنهایت کاهش مییابد. بسیاری از افراد ترجیح میدهند از اصطلاح رخوت زمستانی استفاده کنند. اما برخی دیگر آن را فقط به شکلهای مختلفی از خواب زمستانی میدانند. خواب زمستانی سنجاب زمستانی ممکن است دمای ناحیه شکمی به پایینتر از صفر درجه سانتی گراد میرسد. حفظ درجه حرارت زیر صفرناحیه شکمی برای بیش از ۳ هفته در یک زمان انجام میشود هرچند درجه حرارت سر و گردن صفر درجه سانتی گراد یا بیشتر میباشد. قبل از ورود به خواب زمستانی اکثر گونهها مقدار زیادی غذا میخورند و انرژی را در انباشتههای چربی برای زنده ماندن در طول زمستان ذخیره میکنند. برخی از گونههای پستانداران خواب زمستانی دارند در حالی که حیوانات جوان آبستن که مدت کوتاهی بعد از توقف خواب زمستانی مادرشان به دنیا میآیند این خواب را ندارند. تا همین اواخر هیچ پستاندار اولیهای و پستانداران نواحی گرمسیری که خواب زمستانی داشته باشند شناخته شده نبودند.
فیزیولژیست حیوانی کاتری داسوان از دانشگاه فیلیپس ماربورد آلمان و همکارانش شواهدی از طبیعت در ۲۴ ژوئن ۲۰۰۴ مشاهده کردند که چربی دم لمور کوتوله دمکلفت ماداگاسکار، که در سوراخهای درخت برای هفت ماه از سال به خواب زمستانی میرود، تغییر میکند. درجه حرارتهای زمستان مالاگاسی گاهی به بیش از ۳۰ درجه سانتیگراد (۸۶ فارنهایت) افزایش مییابد؛ بنابراین خواب زمستانی منحصراً در دماهای پایین محدود نشدهاست. خواب زمستانی این میمون لمور به شدت وابسته به رفتار حرارتی سوراخ درخت است: اگر سوراخ ضعیف عایق بندی شده باشد درجه حرارت بدن میمون لمون بهطور گستردهای در نوسان قرار میگیرد. اگر دما پایین آید و محیط به خوبی عایق بندی شده باشد درجه حرارت بدن ثابت باقی میماند؛ و حیوان میتواند بهطور منظم بیدار شود. داس من پی برد که کاهش سوخت و ساز در خواب زمستانی حیوانات لزوماً نباید درجه حرارت بدن پایین آید.
در پرندگان
از لحاظ تاریخی پلینیوس معتقد بود که پرستوها خواب زمستانی دارند و پرندهشناس گیلبرت به شواهدی طبیعی در تاریخ اشاره کرد. سیلبورن نیز به همان انداره به این شواهد اشاره کرد. پرندگان بهطور معمول خواب زمستانی ندارند و به جای آن از اصطلاح مرگ کاذب استفاده میشود. (به جز یک استثناء به نام مرغ مگس خوار) یکی از پرندگانی که به خواب زمستانی معروف است مرغ مگس خوار میباشد. علاوه بر این موارد متعددی از پرندگان کوچک قادر به مرگ کاذب و طیف وسیعی از آنها به صورت منظم دارای خواب زمستانی هستند. مرغهای مگس خوار، پرندگان تندرو و غیره همگی برای مدت کوتاهی (مثلاً بیش از طول یک شب) برای کاهش فعالیتهای متابولیکی خود میخوابند که این به عنوان خواب زمستانی عمیق نمیباشد.
در ماهیها
در طول قرن بیستم تصور میشد که کوسهها به کف دریای شمال برای خواب زمستانی میروند. تحقیقات دکتر دیوید سیمز در سال ۲۰۰۳ این فرضیهها را باطل کرد و نشان داد که کوسهها بهطور فعال فواصل بزرگ در تمام فصول را طی میکنند. ردیابی ناحیهٔ طی شده با بیشترین مقدار پلانگتون ارزیابی میشود. کوسهها میتوانند برای مدت زمان طولانی بدون اکسیژن زنده بمانند حتی در دمای بیش از ۲۶ درجه سانتی گراد(۷۹ درجه فارنهایت) حیوانات دیگری که میتوانند بدون اکسیژن مدت زمان طولانی زنده بمانند عبارتند از: ماهی قرمز، لاکپشت گوشقرمز، قورباغه جنگلی و غاز.
خواب زمستانی مصنوعی
بسیاری از پروژههای تحقیقاتی در حال حاضر برای بررسی اثر خواب زمستانی در انسان انجام میشود. توانایی برای انسان به خواب زمستانی به چند دلیل از جمله صرفه جویی در زندگی مردم که بهطور جدی بیمار یا مجروح هستند مفید خواهد بود و بهطور موقت آنها را با قرار دادن در خواب زمستانی تا زمان درمان میتوانند نگه دارند (در مقایسه با کما). علاوه بر این خواب زمستانی برای انسان در طی برنامههای مختلف ارائه شده که برای سفرهای بین سیارهای در آینده مفید خواهد بود.
چرا بعضی از حیوانات خواب زمستانی دارند؟
آیا تا به حال فکر کردهای چرا بعضی از حیوانات در فصل زمستان میخوابند؟ به این کار خواب زمستانی میگویند.
وقتی هوا سرد میشود و برف میبارد، پیدا کردن غذا برای بعضی از حیوانات سخت میشود. در این زمان، حیواناتی مثل خرس، خارپشت، قورباغه، خفاش و سنجاب به خواب زمستانی میروند.
در خواب زمستانی، بدن حیوان سردتر میشود و قلبش آرامتر میزند. آنها در این مدت خیلی کم نفس میکشند و تقریباً هیچ حرکتی نمیکنند. به این ترتیب انرژی بدنشان را حفظ میکنند تا زنده بمانند.
قبل از اینکه زمستان برسد، حیوانها غذا جمع میکنند یا زیاد غذا میخورند تا بدنشان چربی داشته باشد. این چربی به آنها کمک میکند در زمان خواب زمستانی گرسنه نشوند.
وقتی بهار میرسد و هوا گرم میشود، حیوانات از خواب بیدار میشوند و دوباره به دنبال غذا و بازی میروند.
پس میبینی که خواب زمستانی برای بعضی حیوانات مثل یک راه نجات است تا بتوانند زمستان سرد را راحت بگذرانند 🌷
🐻 خواب زمستانی حیوانات و 🚀 فضانوردی چه ربطی دارند؟
وقتی حیوانی مثل خرس به خواب زمستانی میرود، بدنش کارهای عجیبی انجام میدهد:
- ضربان قلب و نفس کشیدنش خیلی کم میشود.
-
انرژی کمی مصرف میکند.
-
مدت طولانی بدون غذا و آب زنده میماند.
- بدنش حتی ماهیچههایش را حفظ میکند، یعنی ضعیف نمیشود.
دانشمندان وقتی این رفتار را دیدند، فکر کردند:
«اگر انسان هم بتواند مثل حیوانات به نوعی خواب زمستانی برود، شاید بتواند سفرهای خیلی طولانی در فضا انجام دهد!»
🌌 چرا این موضوع برای فضانوردان مهم است؟
سفر به سیارههایی مثل مریخ یا زحل ممکن است ماهها یا حتی سالها طول بکشد. در این مدت:
- فضانوردها باید غذا، آب و اکسیژن زیادی داشته باشند.
- ممکن است از بیحرکتی بدنشان ضعیف شود.
اما اگر بدن فضانورد بتواند مثل حیوانات در حالت خواب زمستانی برود:
- بدنش انرژی کمتری مصرف میکند،
-
غذای کمتری لازم دارد،
- و میتواند مدت طولانیتر در فضا زنده بماند.
به همین دلیل، دانشمندان در حال پژوهش روی خواب زمستانی مصنوعی برای انسانها هستند تا شاید در آینده فضانوردان بتوانند مثل خرسها «بخوابند» و وقتی به مقصد رسیدند، بیدار شوند و کارشان را ادامه دهند! 😴🪐
فصل سرما که نزدیک میشود بعضی از جانوران به دنبال یافتن غذا به سرزمینهای گرمتر مهاجرت میکنند، اما بعضی دیگر ترجیح میدهند به جای طی صدها و هزارها کیلومتر مسیر، همان جایی که هستند بمانند و به خواب زمستانی فرو بروند.
خواب زمستانی به آن راحتیها که فکر میکنید نیست. به خصوص اگر از خواب بیدار شوید و ببینید مادر شدهاید و مجبورید چندین بچه گرسنه را سیر کنید! این نوع خواب، بیشتر شبیه یک سکته مغزی است! تا آن جایی که اکسیژن مورد نیاز قشر خاکستری مغز تا دو درصد حالت طبیعی کاهش پیدا میکند یا ضربان قلبی که در حالت طبیعی ۳۰۰ بار در دقیقه بوده است به ۳ یا ۴ ضربان در دقیقه میرسد. با این واقعیتها شاید کمتر دلتان بخواهد در زمستان به خواب طولانی بروید و راحتتر راضی بشوید فردا صبح دوباره تختخواب گرمتان را رها کنید و سر کارهای روزانه بروید!
خواب زمستانی سبک!
همانطور که در داستانها شنیدهاید، خرسها، یکی از حیواناتی است که به خواب زمستانی میروند. اما چهار نوع از آنها، به خواب زمستانی سبک فرو میروند، این چهار نوع خرس عبارتند از
- خرس قهوهای
- خرس آسیایی
- خرس قطبی
- خرس سیاه آمریکایی
در فصل زمستان، دما و سوخت و ساز بدن این خرسها کاهش مییابد و به خواب زمستانی سبک فرو میروند. اما این نوع از خرسها میتوانند به راحتی از خواب بیدار شوند. بخصوص اگر در طول خواب، کودکی هم به دنیا آمده باشد. در این صورت مادر به محض اینکه احساس خطر کند، بیدار میشود و از کودک و خود، دفاع میکند.
جانورانی که به خواب زمستانی واقعی میروند
برخی جانوران مانند خارپشت اروپایی، سنجاب زمینی، نوعی قورباغهی جنگلی، برخی خفاشها، مارها، حلزونها و لاکپشتها واقعا به خواب طولانی زمستانی میروند. پستاندارانی که به خواب زمستانی واقعی میروند باید راهی پیدا کنند تا هر چند روز یا چند هفته یک بار گرم شوند تا در طول این خواب طولانی تبدیل به بستنی یخی نشوند! هر جانور به شکلی این کار را انجام میدهد:
- سنجابها در خونشان غلظت پروتئینی را کم میکنند که منجر به تسهیل یخ زدگی میشود.
- سنجابهای زمینی قطبی پیش از آغاز فصل سرد، لایهای کلفت از بافت چربی قهوهای، مانند همان بافت چربی که در بدن نوزاد انسان وجود دارد، در بدنشان ذخیره میکنند. واکنشهای متابولیک در این بافت انرژِیای آزاد میکند که قلب، شش و مغز را چند درجهای گرم میکند. سپس جانور با لرزاندن بدن خود دمای بدناش را به حالت طبیعی برمیگرداند. البته این حالت تنها تا نصف روز دوام دارد.
سنجابهای زیرزمینی قطبی
- مارموتها (نوعی سنجاب زمینی بزرگ) گاه به گاه در میانه خواب طولانی زمستانی به مدت ۱۲ تا ۱۵ ساعت بیدار میشوند. البته نه کاملا بیدار. در این چند ساعت که کمک میکند مایعات بدنشان دوباره به گردش بیفتد، مغزشان به سطح فعالیتی شبیه زمانی که در خواب معمولی هستند میرسد. سطح هوشیاری مغز مارموتها پس از این مدت دوباره به نزدیک مرگ مغزی بر میگردد.
مارموت
خوابی نزدیک به مرگ
خواب زمستانی، خوابی نزدیک به مرگ است. بدن هر جانور به شکلی فعالیت و سوخت و ساز خود را به حداقل میرساند:
- در طول این خواب ضربان قلب خفاشها از ۴۰۰ بار در دقیقه به ۲۵ بار در دقیقه میرسد و ممکن است در هر ساعت تنها یک بار نفس بکشد!
- قورباغه جنگلی در طول فصل سرد میان کندهها یا در سوراخهای زیر صخرهها و انبوه برگها به این خواب میرود. در این مدت تنفساش قطع میشود، قلباش میایستد و ۶۵ درصد مایعات خوناش به بلور یا کریستال یخ تبدیل میشود! با گرم شدن هوا، بلورها آب و قورباغه دوباره زنده میشود.
قورباغه جنگلی
- پورویل معمولی (نوعی شبگردکه در قاره امریکا زندگی میکند) تنها پرندهای است که به خواب زمستانی واقعی میرود. آنها حتی در حالیکه روی تخمهایشان خوابیدهاند به خواب طولانی زمستانی فرو میروند و وقتی بیدار میشوند با چندین جوجه تازه بهدنیاآمده گرسنه مواجه میشوند! پورویل تا پنج ماه به این خواب بلندمدت میرود.
پورویل معمولی
- خارپشت اروپایی را اگر در طول خواب زمستانی لمس کنید فکر میکنید مرده است؛ پاها، گوشها و پوستاش سرد سرد است! ضربان قلباش نیز از ۱۹۰ بار در دقیقه در حالت عادی به ۲۰ بار در دقیقه میرسد ضربان قلب خارپشتها در طول خواب زمستانی تا ۹۰ درصد کاهش پیدا میکند.
خارپشت اروپایی
جانوران در طول خواب زمستانی خواب میبینند؟
پاسخ منفی است. در طول خواب زمستانی بدن جانوران سردتر از آن است که بتوانند جریانهای الکتریکی مرتبط با خواب دیدن را تولید کنند. طبق پژوهشهایی که تا امروز انجام شده است تنها یک استثنا وجود دارد. لمور کوتوله دمکلفت زمانی طولانی در مرحلهای از خواب معروف به «حرکت تند چشمها REM» میماند. در این مرحله ذهن ما فعال و بدنمان خواب است. بیشتر رویاها در این مرحله دیده میشوند.
خرسها ممکن است کمک کنند ما به ماه برویم!
از کودکی شنیدهایم که خرسها در طول زمستان به خواب میروند. اما در واقع بیدار هستند و سوخت و ساز بدنشان بسیار کاهش مییابد. دانشمندان در حال مطالعه روی این پدیده هستند تا شاید بتوانند فضانوردان را تا رسیدن به مریخ به خواب زمستانی ببرند.
خواب زمستانی برای کمک به بیماران
وزن جانوران در طول چند ماه به سرعت بالا میرود و بعد مدتی طولانی به خواب زمستانی میروند. اما زمانی که از خواب بیدار میشوند اندامهای مختلف بدنشان سالم است. زیستشناسان در حال مطالعه خواب زمستانی هستند تا شاید راه حلی برای پیشگیری از پوکی استخوان و دیابت نوع دوم پیدا کنند، به بیمارانی که کلیه خود را از دست دادهاند کمک کنند و زمان ماندگاری اندامهای قابل پیوند زدن را افزایش دهند.