Adresa actuală a KDR: United States Geological Survey, Alaska Science Center, 4210 University Drive, Anchorage, AK 99508, SUA

hibernarea

Editor asociat a fost Roger A. Powell.

Charles T. Robbins, Claudia Lopez-Alfaro, Karyn D. Rode, Øivind Tøien, O. Lynne Nelson, Hibernarea și postul sezonier la urși: costurile energetice și consecințele pentru urșii polari, Journal of Mammalogy, Volumul 93, Numărul 6, 17 Decembrie 2012, paginile 1493-1503, https://doi.org/10.1644/11-MAMM-A-406.1

Abstract

Posturile sezoniere prelungite în perioadele de deficit alimentar sunt o parte importantă a strategiei de viață a multor animale, inclusiv a urșilor holarctici (Atkinson și colab. 1996), a multor rozătoare (Drew și colab. 2007) și a multor mamifere și păsări marine (Verrier et. al. 2009). Urșii bruni (Ursus arctos) și urșii negri americani (U. americanus) repede în timpul iernii. Denning sau hibernare la aceste specii minimizează activitatea, pierderea de masă și energie și catabolismul proteinelor (Atkinson și colab. 1996; Barboza și colab. 1997; Harlow și colab. 2002). Cel mai extins post sezonier la urșii polari (U. maritimus) apare în timpul verii și toamna în porțiunile mai sudice ale ariei lor, unde gheața de mare dispare sezonier și urșii își pierd accesul la majoritatea mamiferelor marine (Gleason și Rode 2009; Ramsay și Stirling 1988; Rode și colab. 2010a). Urșii polari nu se înnodează în acest timp, deși activitatea poate fi mult redusă (Lunn și Stirling 1985). Femelele însărcinate, totuși, trebuie să se înmulțească ulterior în timpul iernii pentru a produce pui. Astfel, combinația postului în timpul verii și al toamnei, adesea denumită „hibernare pe jos” și denning în timpul iernii de către urșii polari femele însărcinate poate însemna să rămâi fără hrană până la 8 luni (Atkinson și Ramsay 1995; Ramsay și Stirling 1988).

Încălzirea globală crește durata condițiilor fără gheață în multe zone (de exemplu, Golful Hudson și sudul Mării Beaufort - Amstrup și colab. 2010; Stirling și Parkinson 2006). Postul de 120 de zile, tipic bărbaților și femelelor urși polari care nu sunt gravide, care trăiesc în jurul golfului Hudson în anii 1980, este de așteptat să crească la 180 de zile, odată cu încălzirea (Molnár și colab. 2010). Molnar și colab. (2010) au estimat că 3% din populația adultă de sex masculin din Golful Hudson moare cu un post de 120 de zile, dar că mortalitatea crește la 28% din populație dacă postul se extinde până la 180 de zile. Această schimbare potențială a ecologiei ursului polar, care va crește atât durata postului, cât și scăderea timpului de acumulare a rezervelor de țesut dictează necesitatea de a înțelege mai bine costurile de energie și materie pentru urșii polari (Hunter și colab. 2010; Rode și colab. 2010a; Stirling și colab., 2011).

Mai multe studii au oferit o perspectivă semnificativă asupra costurilor postului și hibernării la urși (Atkinson și colab. 1996; Atkinson și Ramsay 1995; Farley și Robbins 1995; Harlow și colab. 2002; Maxwell și colab. 1988; Polischuk și colab. 2002; Tøien și colab. 2011; Watts și colab. 1987). Din păcate, costurile estimate din aceste studii fie nu au fost de acord, fie nu sunt ușor de comparat. De exemplu, costurile medii de energie măsurate recent în timpul hibernării medii la urșii negri (Tøien și colab. 2011) sunt mult mai mici decât ceea ce ar fi estimat prin pierderile de masă rezumate de Farley și Robbins (1995) pentru hibernarea urșilor bruni și a urșilor negri . În mod similar, deși se presupune că conservarea energiei apare într-o oarecare măsură la urșii polari la post pe baza dovezilor de conservare a proteinelor (Derocher și colab. 1990; Harlow și colab. 2002) și asemănări în chimia sângelui cu hibernarea urșilor bruni și a urșilor negri ( Nelson și colab., 1983), nimeni nu a comparat costurile hibernării la urșii bruni, urșii negri și urșii polari cu postul de vară - toamnă al urșilor polari.

Am emis ipoteza că costurile de hibernare pentru urșii bruni, urșii negri și urșii polari vor fi similare atunci când sunt măsurate în condiții comparabile și exprimate pe o bază de masă pe unitate, dar aceste costuri vor fi mai mici decât cele pentru vară - post de toamnă de către urșii polari. Din cauza costurilor potențial ridicate pentru postul de către urșii polari față de cel care se produce în timpul hibernării, încălzirea globală și scăderea gheții marine pot avea un efect dăunător mult mai mare asupra urșilor polari decât ar extinde hibernarea la alți urși care nu au vară - cad repede . În consecință, comparăm costurile hibernării la urșii bruni, urșii negri și urșii polari, comparăm aceste costuri cu postul de vară - toamnă la urșii polari și facem proiecții despre rezervele de țesut de care urșii polari vor avea nevoie pentru a supraviețui și a se reproduce pe măsură ce postul devine mai lung.

Materiale și metode

Locuințe și diete pentru urșii bruni captivi - Am folosit 10 urși bruni captivi cu vârsta cuprinsă între 1 și 23 de ani și găzduiți la Centrul de cercetare, educație și conservare a urșilor la Universitatea de Stat din Washington în 2003-2011. Încetarea hrănirii și a hrănirii a început pe 21 octombrie, când toți urșii au fost închiși în gropi și alergări individuale, iar hrănirea a fost reluată la mijlocul până la sfârșitul lunii martie. Am ales aceste vremuri pentru că pofta de mâncare și, prin urmare, cantitatea de mâncare oferită de noi scăzuse semnificativ până la sfârșitul lunii octombrie. Când urșii bruni au fost lipsiți de hrană în timpul sezonului activ, aceștia au prezentat semne foarte evidente de disconfort (adică mârâit, vuiet și agresivitate extremă). Când mâncarea a fost scoasă la sfârșitul lunii octombrie, urșii au manifestat liniște și indiferență. În mod similar, urșii deveniseră din ce în ce mai activi până la sfârșitul lunii februarie, când temperaturile din timpul zilei erau sensibil mai calde. Astfel, atât comportamentele din octombrie, cât și cele din martie au indicat că urșii intrau și ieșeau din hibernare (Nelson și Robbins 2010).

Urșii au hibernat fie individual, fie în perechi în gropi de beton individuale de 3 m × 3 m și li s-a dat un balot de paie pentru a forma un pat. Apa potabilă era întotdeauna disponibilă. Densul a fost conectat la 3 m × 6 m în exterior, cu podele de beton. Ușile dintre gropi și curțile exterioare au fost lăsate deschise, astfel încât fiecare vizuină a fost iluminată de lumină naturală. Urșii nu au fost niciodată închiși în gropi și au avut întotdeauna acces la alergări, dar nu au putut intra în curtea mare de 0,56 ha în timpul hibernării (Rode și colab. 2001). Suprafața totală a gropii a fost închisă pentru intrarea umană în timpul hibernării pentru a minimiza perturbările, cu excepția perioadelor rare de cântărire.

Animalele utilizate în acest studiu au fost îngrijite în conformitate cu ghidurile de utilizare și de îngrijire și utilizare a animalelor din trecut și actual, aprobate de Societatea Americană a Mamamologilor (Sikes și colab. 2011). Acest proiect a fost aprobat de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Washington State University în conformitate cu protocolul nr. 03054-003.

Măsurarea tiparelor de activitate la hibernarea urșilor bruni - Modelele de activitate au fost monitorizate și utilizate ca indicator al momentului în care s-a produs conservarea maximă a energiei în timpul hibernării. Camerele (alb-negru de înaltă rezoluție MGB600 cu obiectiv QLAV2 2,6–6-mm în carcasă V28CC; Silent Witness, Surrey, Columbia Britanică, Canada) și iluminatoare cu infraroșu (modelul Silent Witness model SWIR-24 volt AC) au fost instalate în fiecare vizuină și alerga afara. Camerele au fost conectate la un computer și la un ecran video (înregistrator digital de înaltă definiție cu 16 canale X240, cu hard disk de 500 gb; Open Eye, Spokane, Washington), aflat la distanță de locașul care permitea stocarea și redarea imaginilor înregistrate anterior. Activitatea a fost definită ca minciună sau altele (de exemplu, în picioare, mers pe jos, îngrijirea sau rearanjarea materialului de așternut).

Măsurarea masei și estimarea energiei pierdute în timpul hibernării sau postului la urșii bruni captivi, la urșii negri americani și la urșii polari - La începutul și după diferite etape de hibernare la urșii bruni captivi, am măsurat masa corporală a fiecărui urs folosind cântare electronice de cel mai apropiat 0,5 kg. Deși compoziția masei pierdute la urșii bruni captivi nu a fost măsurată în timpul acestui studiu, studiile anterioare pe aceste animale au indicat că masa pierdută între decembrie și februarie (adică hibernarea) era exclusiv grasă (Barboza și colab. 1997). Hibernarea urșilor este cunoscută pentru urinarea și defecația minimă până la lipsă și, prin urmare, conservarea proteinelor atunci când depozitele de grăsime sunt abundente (Atkinson și colab. 1996; Barboza și colab. 1997; Fedorov și colab. 2009; Maxwell și colab. 1988; Tøien și colab. al. 2011). În mod similar, deoarece apa potabilă a fost întotdeauna disponibilă și s-a observat că urșii beau, deshidratarea nu ar fi trebuit să apară. Astfel, pierderea de masă a fost multiplicată cu 9,4 kcal/g (adică grăsime) pentru a estima pierderea de energie. Nu am estimat pierderile de energie în timpul tranzițiilor dintre stările active și cele de hibernare din cauza compoziției necunoscute a acestei pierderi.

Nu cunoaștem nicio valoare publicată pe masele de urși bruni sălbatici în timpul hibernării care ar putea fi comparate cu valorile generate cu urșii captivi. Urșii bruni sălbatici nu sunt manipulați în timpul hibernării în America de Nord, iar câțiva urși bruni care au fost capturați, cântăriți și compoziția corporală determinată în toamnă și primăvară fie nu intră imediat în hibernare, fie au ieșit din bârlog pentru unii necunoscuți perioada de timp. Astfel, o comparație directă a pierderilor de masă între urșii bruni captivi și sălbatici nu este posibilă în prezent.

Cu toate acestea, cheltuielile de energie în timpul hibernării medii de către 2 urși bruni captivi, 7 urși negri și 3 urși polari au fost măsurați utilizând calorimetrie indirectă (Tøien și colab. 2011; Watts și Cuyler 1988; Watts și Jonkel 1988; Watts și colab. 1987 ). Aceste valori nu ar fi afectate de modificări modeste ale bilanțului apei. Cu toate acestea, se raportează că, în general, cheltuielile cu energia au fost cele mai mici sau minime rate metabolice observate măsurate atunci când nu s-a produs niciun sunet sau mișcare în ziua respectivă (Tøien și colab. 2011; Watts și Cuyler 1988; Watts și Jonkel 1988; Watts și colab. 1987 ). Cu toate acestea, acestea sunt utile ca bază pentru a estima care ar fi ratele metabolice de hibernare atunci când sunt măsurate pe perioade mai lungi de timp, care ar putea include costuri datorate termoreglării și altor activități care apar în timpul hibernării, precum îngrijirea, așezarea, statul în picioare sau rearanjarea materialului de așternut. .

Estimarea timpilor de supraviețuire și a consecințelor creșterii postului ursului polar - În timpul postului prelungit, animalele trec prin mai multe faze care sunt definite parțial de țesuturile mobilizate pentru a-și îndeplini cerințele de energie (Caloin 2004; McCue 2010). Faza I durează doar câteva ore până la zile, pe măsură ce animalele trec de la starea de hrănire la starea de repaus prin scăderea metabolismului energetic și proteic și prin utilizarea alimentelor reziduale în tractul gastrointestinal și glicogenul hepatic și muscular pentru a satisface nevoile de energie. Faza II, care este cea mai lungă la animalele obeze, se caracterizează în primul rând prin utilizarea grăsimilor și pierderea relativ minimă de proteine. Pe măsură ce depozitele de grăsime se epuizează, animalul începe faza III, în care crește utilizarea proteinelor. Această fază, dacă este prelungită, va duce la moarte pe măsură ce animalul epuizează proteinele structurale și metabolice critice. Chiar dacă animalele înfometate au adesea Caloin 2004).

Diagrama modelului utilizat pentru a estima timpul de supraviețuire și pierderea de masă a urșilor polari la post și hibernare - care alăptează Pe baza intrărilor de masă corporală, a compoziției corpului și a compoziției și conținutului de energie al pierderii de masă, s-au calculat cheltuielile zilnice de energie și cantitatea de masă pierdută. O nouă masă corporală și energia tisulară disponibilă au fost calculate la începutul zilei următoare și procesul s-a repetat într-o etapă zilnică până când s-au pierdut toate grăsimile și masa slabă, iar ipoteticul urs a murit sau, dacă este gravidă, nu a reușit să implanteze embrioni.