Сътрудник редактор беше Роналд Д. Гетингер.

маса

HJ Harlow, T. Lohuis, RG Grogan, T. D I. Beck, Промени в телесната маса и липидите чрез хибернация на репродуктивни и нерепродуктивни черни мечки (Ursus Americanus), Journal of Mammalogy, том 83, брой 4, ноември 2002 г., страници 1020– 1025, 2.0.CO; 2 "> https://doi.org/10.1644/1545-1542 (2002) 083 2.0.CO; 2

Резюме

Това проучване, проведено върху женски черни мечки от 3 проучени района в Скалистите планини, показва, че бременните жени в състояние на диапауза през ранната зима са имали около 89% по-големи депа за мазнини, отколкото нерепродуктивните жени, които влизат в хибернация. Мазнините осигуряват 92% от общата енергия за лактация и бременност. Степента на загуба на мазнини (g/ден) е била с 37% по-голяма, а загубата на протеин около 2,4 пъти по-висока при репродуктивните жени, отколкото при нерепродуктивните жени. Цената на размножаването през зимата, включително бременност и кърмене, е била 1432 kJ/ден, за да се получат 2 малки. Въпреки че възпроизвеждането изисква повишено разграждане на протеини, процентите на обща загуба на протеин са относително малки, може би поради кратък период на имплантиране и изключителна способност за хидролиза на урея.

Черните мечки (Ursus americanus) проявяват уникална стратегия за презимуване. Тези животни остават в леко състояние на хипотермия и не се вярва нито да проявяват силна трепереща или неподвижна термогенеза, нито да участват в периодична възбуда, типична за хибернатори на дребни бозайници (Nelson et al. 1973). Протеинът е основен енергиен субстрат, използван от малки бозайници по време на периодична възбуда от хибернация (Yacco 1983). Тъй като мечките се възбуждат рядко, те може да нямат подобен белтъчен катаболизъм. Освен това мечките запазват постната тъкан чрез хидролизиране на урея и използване на азота за синтезиране на нови аминокиселини (Barboza et al. 1997; Lundberg et al. 1976; Tinker et al. 1998). В резултат на това мечките могат да защитят протеиновите тъкани и да зависят по-силно от мастните резерви, отколкото другите хибернатори. Черните мечки също са уникални сред хибернаторите, тъй като се чифтосват през юни и юли, имплантират през ноември и декември (Kordek и Lindzey 1980) и раждат през януари (Alt 1983). След това младата сестра в леговището до април (Alt 1982) или май (T. D. I. Beck, в Litt.). По този начин черните мечки изразяват високи изисквания за репродуктивна енергия, докато са в състояние на хибернация и гладуване.

Ние разполагаме с малко информация за отлагането и използването на запасите от мазнини и протеини при свободно мечащите се зимуващи мечки, особено при женските, които дават малки. Отчетените стойности на коефициента на дишане и концентрациите на триглицериди в плазмата на презимуващите мечки предполагат, че мазнините са основният субстрат за производство на енергия (Nelson 1973, 1980). Въпреки че са проведени проучвания върху черни мечки в плен (Farley and Robbins 1995; Hellgren et al. 1990; Oftedal et al. 1993), при свободно отглеждани мечки се знае малко за количеството енергия, необходимо за поддържане на бременността и лактацията през зимата или за пропорциите на майчините протеини и мазнини, необходими за успешното производство на малки. Познаването на енергийните и хранителни нужди за хибернация на репродуктивни и нерепродуктивни мечки е важно за разбирането на тяхното оцеляване през зимата и за позволяването на формулиране на управленски решения, които се основават на наличието на храна и условията на пролетта.

Целта на това проучване е да докладва за загубата на мазнини и постна тъкан, както и за енергийните нужди за производството на млади в естествено зимуващи женски черни мечки на полето. Също така искахме да сравним тези открития с тези на проучвания върху пленни мечки, които често получават допълнителен външен стимул.

Материали и методи

Измерва се телесната мазнина и се изчислява съдържанието на протеин за 4 групи женски черни мечки от 3 области на изследване. През лятото бяха заловени 22 възрастни и 2 възрастни жени с помощта на тъкани капани от метални клетки (2 на 1,5 на 1,5 м) и бяха снабдени с радиотелеметрични нашийници (150–160 MHz, Advanced Telemetry Systems, Isanti, Michigan). Телесните маси на 2-те възрастни женски не се различават от тези на другите нерепродуктивни женски (t = -0,697, d.f. = 10, P = 0,5). Отделни мечки бяха проследени до тяхната бърлога и измервани в началото на зимата и отново в края на зимата за сравнение. Мечките от тези 3 области не се различават значително нито по съдържание на протеини, нито по мазнини (F = 2,942, d.f. = 2, P = 0,075). В резултат на това тези 24 женски бяха комбинирани, за да представят групи мечки в репродуктивно и нерепродуктивно състояние, независимо от местоположението на улова. Ние определяме репродуктивното състояние като състояние, което включва диапауза, имплантирана бременност и кърмене през около 120 дни между втората седмица на ноември и втората седмица на март.

Пет репродуктивни женски и 1 нерепродуктивна женска са измерени през 1995–1996 г. на платото Ункохгре югозападно от Гранд Джънкшън, Колорадо (38 ° 49′46 ″ с.ш., 108 ° 30′09 ″ з.д.). Четири нерепродуктивни жени бяха измерени в планините Снежен хребет в югоизточния Уайоминг през 1996–1997 г. (41 ° 11′09 ″ с.ш., 106 ° 08′00 ″ з.д.). Шест нерепродуктивни и 2 репродуктивни жени бяха измерени в района на Средния парк в Колорадо югозападно от континенталния разрез (40 ° 02′30 ″ с.ш., 105 ° 55′30 ″ з.д.) през 1997–1998 г. и 5 репродуктивни жени и 1 нерепродуктивна жена са измерени от същата област през 1998–1999.

Предполага се, че протеинът представлява 22,3% от чистата телесна маса (Farley and Robbins 1994). Използвайки константи от 39,3 и 23,6 kJ/g за енергийното съдържание на мазнини и мускулни протеини, съответно (Blaxter 1989), ние преобразувахме промените в телесния състав в енергийни единици. Дисперсионният анализ беше използван за тестване на разликите между изследваните области и бяха направени множество сравнения с тестовете на Tukey за взаимодействие. Ранната зима на телесната маса, съдържанието на мазнини и протеини и скоростта на използване на мазнини и протеини от репродуктивни и нерепродуктивни мечки бяха сравнени с помощта на t-тест на Student. Значимостта е определена на P ≤ 0,05.

Резултати

Репродуктивните женски са дали по 2 малки във всяко котило. Тези жени тежат значително повече през ранната зима (89,9 кг в сравнение с 59,9 кг; t = −3,82, df = 22, P Фиг. 1). Дневните общи енергийни разходи на репродуктивните жени са били значително по-високи (4946 kJ/ден в сравнение с 3,514 kJ/ден; t = -2,05, df = 22, P = 0,05), отколкото на нерепродуктивните жени (Таблица 1). Мазнините осигуряват около 92% от общата енергия, изразходвана от репродуктивните мечки през зимата (Таблица 1). Въпреки че протеинът е незначителен енергиен субстрат в сравнение с мазнините (Таблица 1),> 2 пъти по-голямо количество протеин (15,5 срещу 6,5 g/ден) се използва от репродуктивните мечки, отколкото от нерепродуктивните мечки.

Общи дневни енергийни разходи и дневни енергийни разходи от мазнини и протеини за репродуктивни (n = 12) и нерепродуктивни (n = 12), свободно живеещи, зимуващи черни мечки (Ursus americanus). Репродуктивните жени са значително по-високи (P Таблица 1.

Общи дневни енергийни разходи и дневни енергийни разходи от мазнини и протеини за репродуктивни (n = 12) и нерепродуктивни (n = 12), свободно живеещи, зимуващи черни мечки (Ursus americanus). Репродуктивните жени са били значително по-високи (P Alt 1982; Kordek и Lindzey 1980). По този начин бременните и кърмещи женски черни мечки трябва да имат достатъчно запаси от мазнини, както и протеини, за да отговорят на собствените си нужди и на нуждите от развитие на малките по време на този продължителен пост. Предишни лабораторни проучвания и проучвания върху затворени мечки са документирали по-голямо използване на протеини и мазнини от репродуктивните жени. Но тези проучвания обикновено са свързани с неестествена диета, ненормални модели на дейност и потенциални смущения, които могат да променят нормалните модели на използване на енергията през зимата. Настоящото проучване е проведено върху свободно живеещи, репродуктивни и нерепродуктивни животни в техните естествени бърлоги, за да се осигури сравнителна цифра за цената на размножаването през зимата от женски черни мечки.

Ранно-зимната телесна маса и запасите от енергия от нерепродуктивни и репродуктивни мечки

Съобщава се, че съдържанието на мазнини в пленни нерепродуктивни черни мечки през ранната зима е между 31% (Farley and Robbins 1995) и 45% (Lundberg et al. 1976) от общата телесна маса, което е сравнима с 28% отчетени тук за свободно отглеждани мечки. Телесното тегло на репродуктивните женски черни мечки в настоящото проучване е с около 50% по-голямо от масата на нерепродуктивните женски. Това е подобно на стойностите, съобщени в други полеви проучвания върху черни мечки (Samson и Huot 1995) и полярни мечки (Atkinson и Ramsay 1995). Но кафявите мечки не показват това разграничение (Hilderbrand et al. 2000). Допълнителната телесна маса на репродуктивните жени представлява енергийните запаси, които могат да подпомогнат производството на малки. Тук показваме, че от 30-килограмовата разлика в телесното тегло в началото на зимата 50% се дължи на по-големите запаси от мазнини (15 кг), а 11% са от повече протеини (3,3 кг). Интересното е, че есенният хиперфагичен период за мечките съвпада с репродуктивното състояние на арест на бластоциста, когато има много малко допълнително потребление на енергия за бременни жени. Следователно през това време трябва да има промени в хипоталамусния контрол на апетита и зададената точка на телесните мазнини (Mrosovsky and Powley 1977) на бременни жени, които не са насочени към енергия, за да ги накарат да ядат повече и да придобият допълнителни резерви, за да отговорят на по-късните изисквания.

Степен на зимна телесна маса и загуба на енергия от нерепродуктивни черни мечки

Загубата на телесна маса от нерепродуктивни женски през зимата отразява базалните енергийни нужди на мечките по време на зимен сън. Има много вариации (70–310 g/ден) в стойностите, отчетени за загуба на телесна маса чрез презимуващи, нерепродуктивни, затворени черни мечки (Craighead et al. 1976; Hellgren et al. 1990; Maxwell et al. 1988; Watts 1990). Но нашата стойност от 115,5 g/ден е много близка до тази, екстраполирана от Farley and Robbins (1995) за пленни мечки и до стойности от 70–100 g/ден, отчетени за нерепродуктивни черни мечки в дивата природа (Craighead et al. 1976; Samson и Huot 1995; Tietje и Ruff 1980).

Единствените проучвания за ежедневна загуба на мазнини през зимата от черни мечки са проведени върху пленни мечки или симулирани модели. Максуел и сътр. (1988) установяват, че симулиран 75-килограмов сфероиден модел във формата на свита мечка, загрята с централизирана електрическа намотка, може да се използва за оценка на топлинните загуби, които от своя страна могат да бъдат екстраполирани към използването на мазнини през зимата. Те изчислиха, че 75-килограмовата мечка би загубила около 135 g мазнини на ден. За разлика от това, жива нерепродуктивна мечка в същата изкуствена бърлога е загубила около 65 g мазнини на ден. Тези стойности ограничават отчетените в тази статия 85 g мазнини на ден (фиг. 1) за 12 нерепродуктивни женски мечки в техните естествени леговища.

Загуба на телесна маса, мазнини и протеини от репродуктивни жени: разходи за бременност и кърмене

Много механизми, които позволяват консервиране на протеини чрез презимуване на мечки като цяло, биха били особено важни за репродуктивните женски. Първо, както вече споменахме, те имат много кратък период на имплантиране (през който протеинът е силно използван субстрат). Освен това, Nelson et al. (1983) и Barboza et al. (1997) са установили, че протеинът се разгражда непрекъснато по време на деннирането, но азотът от урея ефективно се рециклира обратно в плазмените протеини. В резултат на това загубата на маса се дължи главно на загуба на мазнини, а не на загуба на протеини по време на размножаването през зимата (Maxwell et al. 1988; Nelson et al. 1983; Tinker et al. 1998). Интересното е, че е предложено от Oftedal et al. (1993), че ако кърмещата жена погълне урината и изпражненията на малките си, тя ще възстанови приблизително толкова вода и около половината азот, която е загубила в млякото, което може да увеличи други процеси, запазващи протеините.

Резултатите от това проучване предоставят данни за майчините разходи за мазнини и протеини за производство на малки от свободно живеещи черни мечки, което увеличава проучванията върху мечки в плен. Въпреки че разходът на протеин се удвоява повече от репродуктивните мечки, предишните ни проучвания показват, че той не идва предимно от скелетни мускули (Harlow et al. 2001; Tinker et al. 1998). В момента изследваме източника на лабилни протеинови резерви в нелелетни мускули, за да включва серумен албумин и мускулен колаген, както и в гладките мускули на органите и червата.

Благодарности

Това проучване беше подкрепено от Националната научна фондация (EPS 9514105), Националната аеронавтика и космическа администрация Консорциум за космически грант в Уайоминг и Колорадското отделение за дивата природа. Благодарим на Л. Уилмарт, Д. Тинкър, М. Хукър, К. Джеймисън и многобройните доброволци, които ни придружаваха на полето, за да съдействаме при боравенето с мечки.