Журнал эволюционной биохимии и физиологии, 2022, T. 58, № 5, стр. 447-454

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Все экспериментальные процедуры, выполненные в данном исследовании, соответствовали этическим стандартам, утвержденным правовыми актами РФ и принципам Базельской декларации, и одобрены биоэтической комиссией Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН.

Несколько дальневосточных лесных и домашних котов с момента рождения находятся в условиях постоянного содержания в просторных индивидуальных вольерах в лесном массиве в Центре коллективного пользования “Живая коллекция диких видов млекопитающих” на территории научно-экспериментальной базы “Черноголовка” Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН. В каждой вольере имеется небольшой домик-укрытие с подстилкой из сена. Вольеры находятся при естественном освещении; ни в самих вольерах, ни на прилегающей территории дополнительной подсветки нет. Животные получают нормированный корм (200 г куриного фарша) раз в день около 18 ч 6 дней в неделю. Трем взрослым дальневосточным лесным котам (возраст 2–3 года, масса тела 5–6 кг) и четырем взрослым домашним котам (возраст 2–3 года, масса тела 4 кг) под наркозом (для дальневосточных лесных котов – 0.1 мг золетила + 0.7/0.8 мг рометара на животное; для домашних котов – 0.08 мг золетила + 0.6/0.7 мг рометара на животное; в/м) вживили через небольшой разрез на холке экологгеры (миниатюрные автономные термодатчики, снабженные акселерометрами, производства ООО “Эмби Ресерч”, Новосибирск [9]) между мышцами межлопаточной области спины, на глубину 2–3 см от поверхности тела. Разрез зашили, животным ввели антибиотик и поместили обратно в свои вольеры.

Глубокую подкожную температуру тела измеряли в °C, а двигательную активность – в условных единицах (долях G, где dG – результирующее ускорение по трем направлениям). Датчики температуры и двигательной активности производят измерения каждую минуту, усредняют их за период, установленный пользователем, и хранят на внутреннем накопителе. В данном исследовании этот период составлял 10 мин. В таком режиме заряда батареи экологгера хватает на 9–10 нед. Регистрация продолжалась 65 сут в осенне-зимний период, с 28.10.2021 по 05.01.2022. По окончании опыта животные были вновь наркотизированы таким же образом, датчики извлечены, разрез зашит, животным введен антибиотик, и они помещены обратно в свои вольеры.

Для сравнения у двух лабораторных кошек с хронически вживленными (для целей другого эксперимента) интрагастральными фистулами по И.П. Павлову была проведена аналогичная регистрация путем помещения экологгеров внутрь фистулы. У одной кошки (№ 1) регистрация была проведена в летне-осенний (22.08–01.10.2019), у другой (№ 2) – в осенне-зимний (22.10–28.12.2021) период. Все это время кошки находились в лабораторном помещении при комнатной температуре и, главным образом, естественном освещении (верхний свет не включался), вода и пища были доступны постоянно.

Данные с накопителей датчиков были считаны специальным устройством и обработаны в программе Excel с определением средних значений и стандартной ошибки (M ± SEM).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Как видно из фрагментов записей дальневосточных лесных котов (рис. 1), динамика регистрируемых показателей в осенний (31.10–10.11.2021) и зимний (26.12.2021–03.01.2022) периоды сильно различалась. Посуточное усреднение данных (рис. 2, левая часть) это наблюдение подтверждает. В осенний период, когда средняя температура воздуха составляла +6°C днем и +4°C ночью, никакого циркадианного ритма температуры тела не наблюдалось. Глубокая подкожная температура спины демонстрировала случайные колебания около “установленной точки” 36.1°С. Двигательная активность, напротив, претерпевала закономерный циркадианный сдвиг с более низкими значениями в светлое время суток, что естественно для ночных хищников. Однако с наступлением холодов (–9°C днем и –13°C ночью) динамика глубокой подкожной температуры спины значительно изменялась (рис. 2, правая часть). Ночью, с ежесуточным понижением окружающей температуры, подкожная температура дальневосточных лесных котов опускалась до 33.2°С. Примерно с полуночи начинался быстрый рост температуры тела, достигавший максимума (36.5°С) с наступлением рассвета и сохранявшийся в виде плато в течение пяти наименее холодных дневных часов. Затем с началом похолодания начинался ее постепенный спад, завершавшийся в период между полуночью и часом ночи. Среднее значение глубокой подкожной температуры спины у дальневосточных лесных котов в зимние время составляло 35.1°C, на 1°C ниже, чем в осенний период. Эти колебания температуры тела происходили синхронно и синфазно у всех трех животных, отражая, в целом, динамику температуры окружающего воздуха в зимнее время – максимальную после полудня и минимальную в ночные предутренние часы. При этом ритм двигательной активности животных сглаживался, и различие между уровнем дневной и ночной активности исчезало.

Рис. 1.

Коты дальневосточные лесные. Фрагменты 2-месячной записи. Вверху: температура тела (T, верхние кривые) и двигательная активность (dG, нижние кривые) в осенний период (с 31.10 по 10.11. 2021). Усредненные данные по трем животным (M ± SEM). По оси абсцисс – время суток в часах. По левой ординате – глубокая подкожная температура межлопаточной области спины (масштаб 10°C/шкалу). По правой ординате – показания акселерометра (масштаб 0.8 dG/шкалу). Затемненные участки – ночные периоды.

Внизу: то же в зимний период, с 26.12.2021 по 04.01.2022.

Рис. 2.

Коты дальневосточные лесные. Внутрисуточная динамика температуры тела (вверху) и двигательной активности (внизу), усреднение по 3 животным × 10 сут (M ± SEM) осенью (слева, среднесуточная температура +6°C днем и +4°C ночью) и зимой (справа, среднесуточная температура –9°C днем и –13°C ночью). По осям абсцисс – время суток в часах. По осям ординат, вверху – глубокая подкожная температура спины (масштаб 6.4°C/шкалу), внизу – показания акселерометра (масштаб 0.2 dG/шкалу). Затемненные участки – ночные периоды.

У домашних котов (рис. 3 и 4) в осенний период глубокая подкожная температура спины колебалась около “установленной точки” 36.9°C. При этом ночью, с понижением температуры воздуха, она немного опускалась, достигая минимума (36.2°С) к 5 ч утра, и затем быстро поднималась, достигая к рассвету (6:30–7 ч) 37.5°С. После рассвета подкожная температура резко падала до 36.4°C и вновь возрастала до 38°C к 13 ч (полдень по местному солнечному времени). Затем подкожная температура домашних котов претерпевала постепенное волнообразное снижение. Двигательная активность существенно не менялась, однако заметно, что оба подъема температуры тела (в 6 и 13 ч) сочетались с небольшим повышением значения dG.

Рис. 3.

Коты домашние. Усредненные данные по 4 животным (M ± SEM). Обозначения – как на рис. 1.

Рис. 4.

Коты домашние. Усреднение по 4 животным × 10 сут (M ± SEM). Обозначения – как на рис. 2.

В зимнее время подкожная температура спины ночью опускалась до 34.4°С. Примерно с 3 ч ночи, несмотря на предельно низкую окружающую температуру, начинался подъем подкожной температуры, достигавший акрофазы (38.3°С) к 14 ч (когда отмечалось максимальное значение температуры окружающего воздуха), после чего происходил резкий спад, завершавшийся около 19 ч. С 19 до 3 ч температура тела домашних котов сохранялась на низком уровне 34.4°–35°С. Среднее значение глубокой подкожной температуры спины у домашних котов в зимние время составляло 35.8°С, на 1.1°С ниже, чем в осенний период. Что касается двигательной активности, то отмечался ее выраженный пик, максимум которого совпадал с акрофазой температуры тела. Все эти колебания происходили синхронно и синфазно у всех четырех котов.

У лабораторных кошек, содержавшихся при комнатной температуре и естественном освещении, значительных и закономерных колебаний температуры датчика, находящегося в фистуле желудка, не отмечалось, за исключением небольшого (на 0.3°С) спада температуры тела в момент восхода солнца (рис. 5 и 6). В целом температура в полости желудка была гораздо выше, чем между мышцами спины (в среднем 38.5°–38.6° против 36.9°С) и более стабильна, отражая, очевидно, терморегуляцию “сердцевины” тела. Показатель двигательной активности у кошки № 1 демонстрировал небольшие апериодические подъемы, но никакой закономерной связи со световым циклом не проявлялось.

Рис. 5.

Вверху: кошка домашняя лабораторная № 1. Фрагмент 1.5-месячной записи в летне-осенний период (30.08–11.09.2019) в масштабе 10°C/шкалу (как на рис. 1 и 3). Внизу: то же, кошка № 2, зимний период (17–26.12.2021). Прочие обозначения – как на рис. 1.

Рис. 6.

Слева: кошка домашняя лабораторная № 1, летне-осенний период.

Справа: кошка домашняя лабораторная № 2, осенне-зимний период. Масштаб: 1°С/шкалу и 0.17 dG/шкалу для верхней и нижней оси ординат соответственно.

Прочие обозначения – как на рис. 2.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Циркадианные ритмы активности и температуры тела находятся под воздействием внешних факторов – окружающей температуры и освещенности. Однако лишь у представителей нескольких видов млекопитающих проводились сезонные исследования активности – покоя и температуры тела – у овцы [10] и лошади [11], у гигантской африканской крысы [12], росомахи [13] и антилопы орикс [14]. У кошачьих подобные исследования в литературе не представлены. Настоящее исследование показывает, что циркадианные биоритмы активности-покоя и глубокой подкожной температуры тела не являются постоянными характеристиками организма дальневосточных лесных и домашних котов, а могут возникать, исчезать и радикально изменяться при изменении окружающей температуры. При положительных значениях температуры окружающего воздуха циркадианная ритмика подкожной температуры спины дальневосточных и домашних котов и кошек слабо выражена или полностью отсутствует. Обитающие в аналогичных условиях на научно-экспериментальной базе “Черноголовка” мелкие хищники – соболя и хорьки – также демонстрируют в осенний период слабо выраженную циркадианную ритмику активности – покоя и температуры брюшной полости, нечетко связанную с изменением освещенности [15]. Однако при отрицательных окружающих температурах у котов возникают ритмические колебания подкожной температуры. При этом синхронность и синфазность возникающих биоритмов у всех животных указывают на то, что они подчиняются определенному внешнему ритмоводителю (ритмоводителям). Судя по полученным нами данным, такими ритмоводителями являются суточные колебания внешней температуры и смена дня и ночи. Очевидно, что с наступлением морозной погоды организм животного, живущего в вольерных условиях, вынужден приспосабливаться, сохраняя относительное постоянство температуры “сердцевины” тела. Для этого животное предельно снижает теплоотдачу, сокращая периферический кровоток, что отражается в динамике глубокой подкожной температуры. Эти циклические колебания, в свою очередь, отражают температуру окружающего воздуха (максимальную в послеполуденное время и минимальную – в ночные предутренние часы). Интересно, что аналогичная динамика подкожной температуры, отражающая температуру окружающей среды, отмечается и при адаптации к высоким температурам у орикса [14].

Что касается двигательной активности, то дальневосточные лесные коты, накопившие к зиме толстый подкожный жировой слой, не демонстрируют никакой потребности в дополнительном мышечном разогреве. Их двигательная активность зимой в ночное время несколько снижается, а в дневное – повышается, так что в целом она зимой не выше, чем осенью. Домашние же коты, не имеющие столь мощной “термоизоляции”, вынуждены перемещаться по вольеру для дополнительного разогрева. Неожиданным при этом оказалось повышение двигательной активности в дневное время в осенний и, в особенности, зимний период у “ночных” хищников – домашних котов.

Наши опыты с регистрацией температуры “сердцевины” тела у пары домашних кошек подтверждают точку зрения Jouvet и других авторов об отсутствии циркадианных ритмов активности-покоя и температуры тела у этих животных при постоянном пребывании в условиях комнатной температуры [5, 8]. Эти ритмы формируются, очевидно, под воздействием внешних факторов, главным из которых является низкая окружающая температура. Обращает на себя внимание четкий температурный спад, возникающий с рассветом у домашних кошек. По усредненным данным этот спад оказывался весьма сходен с таковым у домашних котов, живущих в вольерных условиях при значительно более низких осенних температурах, но в 5 раз меньше по амплитуде (ср. рис. 6 и рис. 4). Этот спад отмечался при усреднении у всех шести домашних животных, участвовавших в настоящем исследовании, независимо от пола, окружающих условий и локализации датчика, и различался лишь по амплитуде. Это позволяет считать такое колебание реальным маркером циркадианной ритмики температуры тела домашних кошек.

Сопоставление настоящих результатов с нашими предыдущими [15] и литературными данными [16–19] показывает, что у млекопитающих существуют, по крайней мере, три различные стратегии адаптации к холоду.

(1) Гибернация и торпор [16–19].

(2) Повышение поведенческой активности, направленное на дополнительный разогрев тела, в 12‑часовой активный период суток, с достижением максимальной температуры тела (брюшной полости) в середине субъективной ночи, что позволяет животному (факультативным гибернаторам – монгольским хомячкам) сохранять внутреннее тепло в 12-часовые периоды поведенческого покоя (субъективно – дневные). Отражается в повышении амплитуды синхронных циркадианных ритмов температуры тела (в три раза, от 0.5 до 1.6°С) и двигательной активности (в 2 раза) [15].

(3) Использование дрожательного и недрожательного термогенеза [18] без выраженной поведенческой активации в ночной и утренний периоды с достижением максимальной подкожной температуры в середине дня (дальневосточные лесные и домашние коты). Отражается в формировании четкого циркадианного ритма подкожной температуры (с амплитудой колебаний 3–4°С) без значительных изменений (по крайней мере, у дальневосточных лесных котов) показателя двигательной активности.

Таким образом, настоящее исследование представляет собой первую попытку зафиксировать такие фундаментальные характеристики, как циркадианные ритмы температуры тела и уровня двигательной активности при различной окружающей температуре, у дальневосточных лесных котов в сопоставлении с их домашними сородичами.