Различается ли реакция на стресс в оптимальных и не оптимальных для вида условиях среды?

За исключением немногих видов-космополитов, расселяющихся по земле за счет соседства с человеком, каждый вид животных ограничен в своем распространении определенными географическими и экологическими пределами. Но и внутри ареала вида степень благополучия животных может быть различной. Чем условия среды ближе к оптимальным, тем ниже смертность и выше численность. А как выживают те популяции, которые постоянно находятся в неоптимальных для вида условиях? Очевидно, за счет выработки специальных приспособлений – адаптаций. Например – за счет увеличения теплопродукции и снижения теплопотерь у птиц и млекопитающих, обитающих в высоких широтах. Однако практически любая адаптация требует от организма дополнительных затрат энергии, а ее в неоптимальных для вида условиях может не хватать. Другая проблема, с которой сталкиваются животные в подобных условиях – физиологические изменения в организме, происходящие при воздействиях неблагоприятных факторов внешней среды. При достаточной частоте и продолжительности эти воздействия приводят к развитию состояния хронического стресса, патологические последствия которого хорошо известны. Кроме того, находясь в состоянии постоянного напряжения, организм животного оказывается неспособен адекватно реагировать на обычные в природе непредсказуемые «вызовы» внешней среды: нападение хищника, драка с соплеменником за самку или убежище, временная нехватка пищи, колебания температуры и т.д. Можно предполагать, что именно высокая нагрузка на системы организма, ответственные за его устойчивое функционирование, и ограничивает возможности существования животных в неоптимальных для вида местообитаниях.

Чтобы проверить это предположение, авторы статьи сравнили комплекс физиологических показателей, отражающих способность организма мобилизовать внутренние резервы в ответ на острое стрессовое воздействие у животных одного вида из двух популяций, различающихся по условиям существования. В качестве модельного объекта была выбрана красная полевка – один из самых многочисленных мышевидных грызунов лесной зоны Евразии (заглавная иллюстрация). Экология этого вида достаточно хорошо изучена, поэтому не составляет большой проблемы оценить, насколько благоприятны условия для него в той или иной точке ареала. Так, например, на юге Западной Сибири оптимальные условия для жизни красной полевки складываются в горной тайге Алтая и Саян. А вот в расположенной «по соседству» равнинной лесостепи животным живется значительно хуже (см. заглавную иллюстрацию). Об этом свидетельствует относительно низкая численность популяций, обусловленная, прежде всего, высокой смертностью зверьков в холодный и голодный осенне-зимний период. Именно поэтому в качестве модельного (т.е. стандартного и в равной степени неблагоприятного для всех животных) стрессора выбрали краткосрочное охлаждение животных до уровня, при котором организм уже не способен поддерживать постоянную температуру тела. Краткосрочное охлаждение, даже до достаточно низких температур, мышевидные грызуны переносят без видимых последствий, а температура тела, измеренная после такого охлаждения, показывает, насколько эффективно работают у данного животного механизмы терморегуляции.

Обобщив данные наблюдений за несколько лет, авторы выяснили, что в популяции красной полевки, обитающей в окрестностях Новосибирска, отловленные в природе и передержанные в течение нескольких дней в лаборатории зверьки имеют значительно более высокие концентрации гормона стресса – кортикостерона - в крови, чем зверьки, отловленные в горах Алтая – в долине Телецкого озера. Поскольку время отлова, условия содержания и протоколы тестирования в обоих случаях были одинаковы, можно предполагать, что наблюдаемые различия связаны именно с популяционными особенностями, которые, в свою очередь, обусловлены разным давлением стрессирующих факторов среды. А вот концентрации того же кортикостерона, измеренные после холодового стресса у животных из разных популяций не различались. И это понятно – ведь слишком большие всплески уровня гормона в крови, пусть даже краткосрочные, могут привести к серьёзным сдвигам в работе всех систем организма. Таким образом, в популяции из окрестностей Новосибирска высокие фоновые концентрации гормонов стресса в крови, сохранявшиеся даже после передержки животных в лаборатории, снижали величину их гормональной реакции на острые стрессы. Зато величина энергообмена в ответ на острое охлаждение повышалась у них значительно сильнее, чем у полевок, отловленных на берегах Телецкого озера, где и зимы мягче и суточные перепады температур меньше, чем в лесостепи. Соответственно, температура тела в ответ на острое охлаждение у животных из лесостепной Новосибирской популяции снижалась значительно меньше, чем в алтайской горно-таежной.

Следовательно, в полном соответствии с исходными предположениями авторов, обитание в неблагоприятных для вида условиях приводит к выработке физиологических адаптаций, направленных на увеличение «рабочей мощности» организма. Это очень важно, если животное периодически подвергается воздействию неблагоприятных температур среды. Ведь поддержание постоянной температуры тела – одна из наиболее энергозатратных функций у теплокровных животных, в особенности мелких. А ресурсы, «дрова» для метаболической печки организма, обеспечивает в значительной активация механизмов стресс-реакции. Однако повышенная стрессовая нагрузка на организм, увы, не проходит для него бесследно. Ведь как показал еще автор теории стресса Ганс Селье, именно хронический стресс вызывает развитие многих патологических состояний, приводящих в конечном итоге к гибели животного.