تويت
اشتاء
Hibernation - Hibernation
الإشتاء
الإشتاء الحيواني
يقال عن الحيوانات التي تقضي الشتاء في حالة خدر أو سكون إنها في حالة إشتاء hibernation. ولكن الاختصاصيين في الفيزيولوجية يضعون تحديداً أكثر دقة لهذه الحالة إذ يخصصونها بالحيوانات التي تتناقص درجة حرارة الجسم لديها كثيراً، وتقلُّ معدلات استقلابها (أيضها) وتنفسها وضربات قلوبها شتاءً إلى حد كبير. وبناءً على ذلك لا تعد الدببة التي تنام مدة طويلة في الشتاء من حيوانات الإشتاء لأن درجة حرارة الجسم فيها لا تنخفض أكثر من بضع درجات كما أنها تحافظ على معدّل استقلاب[ر] عال نسبياً، ويطلق بعضهم اسم الإسبات أو البيات الشتوي أو الأروز على هذه الظاهرة.
الإشتاء في الحيوانات الثابتة الحرارة: تُمضي بعض الثدييات[ر] مثل السناجيب والزُغبات dormice وقسم من الخفافيش فصل الشتاء في حالة سبات شتوي، إذ تتخذ مظهر النوم وتنقطع عن تناول الطعام. وهناك قليل من الطيور يغدو خادراً بليداً في درجات الحرارة المنخفضة مثل الطائر الطنّان والسَمامة swift. وتدوم مدة الإشتاء لدى الثدييات بضعة أشهر تعيش فيها هذه الحيوانات على ما لديها من احتياطي غذائي كدّسته في أجسامها قبل الاستغراق في السبات دهناً خاصاً يمكن استقلابه في درجات الحرارة المنخفضة كما في حالة السنجاب. ومن هذه الحيوانات ما يستعيض عن تكديس الدهن في الجسم بتجهيز مستودعات خارجية من مؤن الطعام لاستهلاكها حين الحاجة كما في حالة القدّاد (الهامستر) hamster. ومع أن الدهن المختزن يمكن استهلاكه في أثناء الإشتاء، فإن الكمية التي يستطيع الحيوان اختزانها منه لا تكفي أبداً للإبقاء على حياته كل تلك الشهور الطويلة لو أنه حافظ على معدل استقلابه في المستوى الاعتيادي. فمثلاً يبلغ وزن المرموط Arctomys، الذي يُعَدُّ في هذا المجال أكبر الحيوانات الثابتة الحرارة حجماً، ثلاثة كيلو غرامات تقريباً، وهو يستهلك في الحالة العادية ما يعادل عشرة غرامات من الدهن في كل أربع وعشرين ساعة، وهذا يعني أن كمية الدهن التي يحتاج إليها هذا الحيوان في مئة يوم تعادل كيلو غراماً تقريباً أي ما يقارب ثلث وزن جسمه، وهو أمر لا يتحقق في الواقع. وتجدر الإشارة إلى أن حيوانات الإشتاء تكون صغيرة الحجم، الأمر الذي يعد بلا شك أحد أسباب هذه الظاهرة لأن الثدييات الصغيرة تحرق من الوقود لكل واحدة قياسية من وزنها كمية تفوق كثيراً ما يناظرها لدى الحيوانات الكبيرة. وهكذا فإن نسبة الدهن لا بد أن تكون في باقي حيوانات الإشتاء أعلى مما هي عليه في المرموط، مما يجعل اعتماد هذا الحيوان على مخزون الدهن مع الإبقاء على معدل الاستقلاب العادي أمراً غير عملي على الإطلاق. ومن هنا كان أحد أبرز ملامح الإشتاء يتمثل في تخفيض معدّل الاستقلاب في أثناء الإشتاء إلى حد كبير يظهر الحيوان معه وكأنه من ذوات الحرارة المتغيِّرة poikilothermic. فحرارة جسمه تصبح قريبة من درجة حرارة الوسط المحيط به مع كونها تبقى أعلى بنحو 1-4 درجات مئوية. ويذكر هنا أن درجة الحرارة هذه تختلف باختلاف أعضاء الجسم في الحيوان في أثناء إشتائه، مما يدل على احتمال وجود آلية تنظيم حراري لدى ذلك الحيوان. ولكن هذه الإمكانية لا تكفي للحيلولة دون تجمد الحيوان في الدرجات المنخفضة جداً من حرارة الوسط، وهذا ما يفسر قيام الكثير من حيوانات الإشتاء بحفر مأوى لها تحت الأرض أو باحتلال حفرة سبق لحيوان آخر أن تخلى عنها قبل الإشتاء، وبذلك تبقى فوق مستوى التجمد الذي يصيب سطح الأرض.
ويتبين مما سبق أن تخفيض معدل الاستقلاب هو بيت القصيد في آلية الإشتاء، إذ يهبط هذا المعدل نحو 20-100مرة دون مستواه الطبيعي في أثناء الإشتاء. فالمرموط مثلاً يُنْتج في الحالة الطبيعية ما مقداره 2.8 كيلو حريرة لكل كيلو غرام من وزنه كل ساعة في الدرجة 10س° (سلسيوس)، ولكن يهبط إنتاجه إلى 0.09 كيلو حريرة /كغ/ ساعة في أثناء إشتائه. ويرافق نقصان الاستقلاب في الإشتاء انخفاض معدل الحركات التنفسية ومعدل ضربات القلب، ويختل انتظامهما. ففي سنجاب الأرض القطبي Citellus يهبط عدد ضربات القلب من 200- 400 ضربة في الدقيقة في الحالة العادية إلى الرقم 7 -10 ضربات في الدقيقة في أثناء الإشتاء. وبالمقابل يقل معدل استهلاك الأكسجين مع انخفاض درجة حرارة الجسم؛ فما أن يبدأ القدّاد إشتاءه حتى يهبط استقلابه في 4-5 ساعات إلى 3% من مستواه العادي. أما تركيز السكر في الدم فلا يهبط إلا قليلاً، مما يشير إلى اعتماد الاستقلاب على الدهن. وكذلك فإن الغدة الدرقية تعاني تبدلات نسيجية متراجعة في أثناء الإشتاء، كما أن الغدة النخامية وغدة الكظر لا تستجيبان لوطأة البرد في أثناء الإشتاء مثلما تستجيبان له في حالة الصحو. وأما تركيز المغنيزيوم في الدم فإنه يكون أعلى من المستوى الطبيعي، الأمر الذي يفسر جانباً من الخدر الذي يظهر على الحيوان في أثناء إشتائه، وذلك من تأثير ارتفاع تركيز المغنيزيوم في الدم على خاصِّية الاستثارة الخلوية (التنبّه الخلوي) وعلى آلية عمل الملتقيات العصبية العضلية (اللوحات المحركة).
إن الدخول في حالة الإشتاء يمكن أن ينجم ببساطة عن توقف الزيادة الاستقلابية ذات الطابع التنظيمي الحراري لدى هبوط درجة حرارة الجو إلى ما دون درجة حدِّية معينة. فدون هذه الدرجة يكون نقصان معدل الاستقلاب كفيلاً بتخفيض درجة حرارة الجسم دونما حاجة إلى آلية خاصة لتسريع الفقد الحراري. وهكذا فإن درجة حرارة الجسم عندما تشرع بالهبوط يتناقص الاستقلاب ويدخل الحيوان تدريجياً في الخدر ويتعمّق انخفاض الإنتاج الحراري ونقصان درجة حرارة الجسم وصولاً إلى حالة الإشتاء الكامل.
أما الاستيقاظ من الإشتاء فإنه يحدث عندما ترتفع درجة حرارة الجو فوق 15 درجة سلزيوس، إذ يتحول الحيوان إلى الإنتاج الحراري الأقصى الذي يبلغ عشرة أضعاف الحد الأدنى للاستهلاك الأكسجيني في تلك الدرجة. وهكذا يُعدُّ الاستيقاظ من الإشتاء عملية فاعلة تتطلّب صرفاً كبيراً للطاقة في مدة تطول إلى أن تبلغ درجة حرارة الجسم حدها الطبيعي. وتُبَيِّن الحسابات أن ثمن الاستيقاظ يشكِّل الجانب الأكبر من كلفة طاقة دورة الإشتاء. وبناء على ذلك فإنه لا يجدي الحيوان استيقاظه لمدد قصيرة بعد دخوله في حالة الإشتاء. وعند الاستيقاظ من هذه الحالة ترتفع درجة حرارة الجسم فيزداد استهلاك الأكسجين سريعاً حتى يفوق معدل الاستقلاب العادي مؤقتاً. ويمكن أن يرافق ازدياد التنفس بنشاط حركي غير عادي في الساعات الأولى التي تلي الاستيقاظ من الإشتاء. ويكون ارتفاع درجة حرارة الجسم سريعاً إذ يبلغ 19 درجة مئوية في غضون 42 دقيقة في مثال القنفذ لدى استيقاظه من سباته. ولا تتجاوز مدة الاستيقاظ هذه ثلاث ساعات لدى معظم حيوانات الإشتاء. وتجدر الإشارة إلى أن درجة حرارة الجسم لا تكون متماثلة في أجزاء الجسم كافة في أثناء استيقاظ الحيوان من إشتائه، فترتفع حرارة الجزء الأمامي من الجسم، حيث توجد الأعضاء الحيوية المهمة مثل القلب والدماغ، بسرعة تفوق كثيراً سرعة ارتفاع حرارة الجزء الخلفي. وإلى جانب كون ارتفاع حرارة القلب أمراً أساسياً في الاستيقاظ من الإشتاء فإنه يُعدُّ الخطوة الأولى في هذا الاستيقاظ، لأن القلب هو الذي يحرك الدورة الدموية ويضمن وصول الأكسجين إلى مختلف أعضاء الجسم، يضاف إلى ذلك أن الكتل الرئيسة من الدهن البنّي غالباً ما تكون موجودة في الجزء الأمامي من الجسم. وتشير المخططات إلى أن عودة الحرارة إلى الجزء الخلفي من الجسم لا تتم إلا بعد بلوغ حرارة الجزء الأمامي مستواها الطبيعي تقريباً. وعندما يستعيد كامل الجسم درجة حرارته الطبيعية يبلغ الاستهلاك الأكسجيني ذروة متميزة ليبدأ بعدها بالتراجع إلى مستوى طبيعي مستقر. ولقد أثبتت تقنيات اقتفاء العناصر الموسومة إشعاعياً أن التدفق الدموي في أثناء الاستيقاظ يختلف باختلاف أعضاء الجسم، وأن العضلات الهيكلية في الجزء الأمامي من الجسم تتلقى من الدم في أثناء عملية الاستيقاظ ما يزيد ستة عشر ضعفاً على ما تتلقاه نظائرها في الفرد العادي، وهذا ما يؤكد أن العضلات هي المسؤول الأكبر عن زيادة الإنتاج الحراري.
ولئن كان هبوط درجة حرارة الجو يشكل أكبر عامل في الشروع بالإشتاء، فهناك عوامل موسمية (فصلية) أخرى تؤدي دوراً في ذلك، ولاسيما الضوء. وفي هذا ما يضمن أن يبدأ الحيوان إشتاءه قبل أن تشحّ المواد الغذائية. وبالفعل فإن الشروع في الإشتاء كثيراً ما يتواكب مع زمن من السنة لا يتّسم بالضرورة بهبوط درجة حرارة الجو أو نقص كفاية الغذاء. فالدورة السنوية للإشتاء تتأثر بالدورة الضوئية اليومية كما تتأثر بالدورات الغدية الصماء. فمثلاً قد يستحيل في كثير من الأحيان تحريض أحد حيوانات الإشتاء على الشروع في إشتائه عند بداية الصيف ولاسيما في أثناء زمن التكاثر.
الإشتاء في الحيوانات المتغيرة الحرارة: لا توجد قائمة كاملة بالحيوانات التي تدخل في الإشتاء، ولكن هناك الكثير من الأمثلة بين الحيوانات ذات الحرارة المتغيرة من فقاريات ولا فقاريات. من بين هذه الأمثلة الكلاسيكية الكثير من زواحف اليابسة، مثل العظايا[ر] والحيات[ر] والسلاحف[ر]، التي تبدي عدة تغيرات مهمة في كيمياء أجسامها، كما تنعدم شهيتها ويتوقف اغتذاؤها. ومع أن معدل استقلابها ينخفض مقداراً قد يبلغ 95%، فإنها تستهلك مع ذلك بعض المواد الغذائية المختزنة في نمطين رئيسين هما: ـ الليبيدات التي تكون بشكل كتل شحمية قاسية في الأحشاء وتحت الجلد وفي بعض العضلات، والغليكوجين الأقل ثباتاً والأسرع استخداماً من الليبيدات، والموجود في أنسجة مثل الكبد والعضلات. وجدير بالذكر أن غليكوجين النسج عند السلاحف يُستهلك في الأيام والأسابيع الأولى من الإشتاء، ومن ثم يتحول الحيوان إلى استخدام الليبيدات. أما التمساحيات[ر] فهي أقل مقدرة على الإشتاء، ولكن التمساح المسيسبي Alligator mississippiensis يدخل في سبات شتوي بضعة أشهر، يتوقف فيها عن الأكل ويهبط تركيز السكر في دمه.
وتجدر الإشارة هنا إلى احتمال تعرُّض الحيوانات ذوات الحرارة المتغيِّرة أي التي تدخل في حالة الإشتاء، إلى خطر الموت بسبب تكون بلورات من الثلج ناجمة عن تجمد الماء الحر في جبلّة (بروتوبلازمة) الخلايا، مما يؤدي إلى تخرب النسج. أما الضفادع المذنبة[ر] (مثل السلمندر) وكذلك الضفادع العديمة الذنب والسلاحف فإنها كثيراً ما تحاط بالثلج في أثناء إشتائها وتبقى حية مع هبوط درجة حرارة أجسامها إلى درجة الصفر وحتى الدرجة -1سْ، إذ إن المحتوى المائي في أنسجتها تقل نسبته ويزداد تركيز دمائها حال دنو الشتاء. وبالفعل فقد بينت التجارب على السلاحف أن نقطة تجمد الدم تنخفض عندها في أثناء الشتاء. أما في الشتاء القاسي الذي تتدنى فيه درجة الحرارة إلى ما دون الصفر المئوي كثيراً، فإن الضفادع تموت في أثناء الإشتاء إذا ما اخترق الصقيع ملاجئها داخل الطين، ولكن الأغلب هو أن تتجمد الطبقات العليا من الطين في حين تبقى الضفادع المدفونة في الطبقات الأدنى منها آمنة من التجمد. وعلى هذا، وكما هي الحال عند الأسماك، فإن الضفادع غالباً ما تتجمد حتى الموت في البرك الاصطناعية القليلة العمق والمصنوعة من الخرسانة لافتقارها إلى أرضية طينية.
وأما الأسماك فإنها لا تدخل في حالة الإشتاء، ولكن الكثير منها يقضي أكثر الشتاء في حالة سكون مع تجمُّد جزئي في الطين والثلج. ولما كانت البرك الضحلة في المناطق القطبية ودون القطبية والمعتدلة غالباً ما تتجمد تماماً في الشتاء، فإن بعض الأسماك مثل الشبوط carp قد يتغطّى بالثلج أو يدفن جزئياً في طين القاع، وبذلك يبقى في حالة إشتاء لمدة طويلة. وجدير بالذكر أن السمك الأسود Dallia pectoralis في ألاسكة، الذي يقال إنه يتجمد إلى درجة الصلابة، لا يتجمّد فعلاً، بل يحاط بمحفظة من الثلج، لأنه لو تجمد مكوناً بلورات ثلج في أنسجته لمات . وينخفض استقلاب الأسماك التي تتعرض للبرد، وتقلُّ لذلك حاجتها من الأكسجين وتتكيّف للقليل الموجود منه في المياه الباردة. ويعدُّ هذا حالاً مشابهاً لما يحدث في السلاحف المائية كذلك.
وتجدر الإشارة هنا إلى ظاهرة مشابهة للإشتاء، ولكنها تحدث في أشهر الصيف وقتَ الحر اللافح والجفاف الشديد، ويِصِحُّ أن يطلق عليها لذلك اسم «الإشتاء الصيفي» estivation. وتحدث هذه الظاهرة عند حيوانات من الفقاريات ومن اللافقاريات، ولعل الأسماك الرئوية lung fishes التي تقضي فصل الجفاف في شقوق حفرتها في الطين تحت الماء قبل جفافه تعطي مثالاً واضحاً على حالة الإشتاء الصيفي بدليل سهولة مسكها ونقلها نتيجة للسكون التام الذي يميِّز إشتاءها الصيفي.
وفيما يتعلق باللافقاريات فإنه يُرى أن التربة في أشهر الشتاء وفي الصيف الحار والجاف تحفل بتشكيلة منوّعة من اللافقاريات التي تدخل في حالة الإشتاء، مثال ديدان الأرض والحلزونات والبزّاقات والديدان الخيطية والحشرات والعناكب وخادرات pupae الكثير من الحشرات إضافة إلى محافظ البيوض والشرانق. فبيوض فراشة الحرير Bombyx mori مثلاً تُوضع في الخريف، ولابد من أن تتعرض لدرجة حرارة الصفر المئوي بضعة أشهر لضمان نقفها (فقسها) في الخريف.كما تقدم الفراشات butterflies والعث mothes بعضاً من أكثر الأمثلة شيوعاً على إشتاء اليرقات والخادرات. وكذلك تشتهر رخويات اليابسة مثل الحلزونات والبزّاقات بقدرتها على الإشتاء صيفاً وشتاء. ولعل النوع Physasp. يمثِّل أكثر الحلزونات التي تعيش على اليابسة مقاومة للبرد، إذ يعيش في شمالي سيبرية حتى درجة الحرارة دون -20س*. وكذلك فإن حلزون الحدائق الشائع Helix aspersa والحلزون الصالح للأكل H.pomatia يبديان خصائص الإشتاء المميزة للرخويات البطنيات الأرجل Gastropoda. فهما يتوقفان عن الأكل في الخريف، ويأويان إلى الشقوق وجذوع الخشب في الأرض ليقضيا مدة إشتاء تقارب ستة أشهر منفردين أو في مجموعات، وتنقص عندهما الحركات التنفسية إلى حد كبير، كما يقلّ عدد ضربات القلب من 50-60 ضربة بالدقيقة في الدرجة 30سْ إلى 4 -12 ضربة بالدقيقة في حالة الإشتاء.
وأخيراً لا بد من ذكر ظاهرة التَكَيُّس في الحيوانات الأوالي (وحيدات الخلية) فهي تشبه إلى حد بعيد حالة الإشتاء في الصيف والشتاء، إذ يكون وحيد الخلية المتكيس في حالة ساكنة تماماً ومن دون استقلاب تقريباً. وتعدُّ قدرة الحيوانات الأوالي على التكيُّس أحد أسباب انتشارها في أرجاء المعمورة كافة، وحتى في التوندرة القطبية التي يستمر التجمد فيها 6-8 شهور.
زياد القطب
تعليق