Do organizmów hibernujących należą m.in. zwierzęta zmiennocieplne np. płazy, gady czy owady, które utrzymują temperaturę ciała wykorzystując energię cieplną dostępną w środowisku. Gdy temperatura otoczenia spada, zapadają one w stan odrętwienia, ponieważ nie są zdolne do utrzymywania wysokiej temperatury ciała. Jednak także wśród organizmów endotermicznych, czyli takich, które produkują ciepło potrzebne do podtrzymania temperatury ciała w wyniku procesów przemiany materii, występują zwierzęta zdolne do zapadania w stan odrętwienia. Przynajmniej część ssaków i ptaków należy uznać za zwierzęta przemiennocieplne, czyli takie, które w przeciwieństwie do tych stałocieplnych, są w stanie czasowo obniżać temperaturę ciała oraz tempo metabolizmu, znacznie poniżej wartości obserwowanych podczas normalnej aktywności.
Odrętwienia zwierząt przemiennocieplnych, w odróżnieniu od zwierząt zmiennocieplnych, są zwykle procesem w pełni kontrolowanym. W trakcie zapadania w odrętwienie organizmy te przestawiają tzw. punkt nastawczy termoregulacji i utrzymują temperaturę ciała na niskim poziomie, wydatkując na to znacznie mniej energii, niż w trakcie aktywności. Zwierzęta te mogą wykazywać odrętwienia dobowe — zwykle krótsze niż 24 godziny. Część gatunków ssaków i jeden gatunek ptaka (lelek zimowy) są w stanie wydłużać okresy odrętwienia do kilku, a nawet kilkunastu dni zapadając w odrętwienia hibernacyjne. Absolutnym rekordzistą w tej materii jest stary ewolucyjnie gatunek ssaka z rzędu afrosorkowców — tenrek zwyczajny, który potrafi niezmiennie trwać w takim stanie przez blisko trzy miesiące.
Hibernujące ssaki są w stanie obniżać swoje wydatki energetyczne podczas odrętwienia średnio o 95% w stosunku do tych, jakie by poniosły w trakcie normalnej aktywności. Dla porównania, podczas naszego snu, wydatki mogą być obniżone maksymalnie o 10-20%. Warto zaznaczyć, że choć podczas snu temperatura ciała nieco spada, jest to jednak proces charakteryzujący się pewnymi cyklami aktywności mózgu, które nie występują u odrętwiałych zwierząt. W tym kontekście „sen zimowy” jako określenie procesu hibernacji jest sformułowaniem dość niefortunnym.
Zwierzęta przemiennocieplne nie trwają w stanie odrętwienia przez cały okres hibernacji. Zazwyczaj co kilka/kilkanaście dni wybudzają się z hibernacji, by się wyspać, wydalić produkty przemiany materii, zjeść bądź uzupełnić płyny. Takie wybudzenia powodują zużytkowanie energii i stanowią większość wydatków energetycznych, jakie zwierzęta te ponoszą zimą. Ponieważ znaczna część zwierząt hibernujących musi przetrwać zimę na zapasach tłuszczu zgromadzonych jesienią, bardzo istotnym jest dla nich minimalizowanie liczby wybudzeń i czasu ich trwania. Długość i głębokość odrętwień hibernacyjnych zależna jest od wielu czynników, np. wieku czy płci zwierzęcia, jego kondycji, czy też warunków zewnętrznych panujących w środowisku. Samice zwykle hibernują dłużej, natomiast młode osobniki raczej skracają hibernację — co może być związane z tym, że zwykle wcześniej kończą im się zapasy energetyczne. Z jednej strony, osobniki młodociane, w gorszej kondycji starają się maksymalizować wykorzystanie odrętwień hibernacyjnych. Z drugiej strony, gdy zasoby zaczynają się kończyć muszą one zostać uzupełnione.
W myśl hipotezy optymalnej hibernacji zwierzęta dopasowują wykorzystanie odrętwień hibernacyjnych właśnie w stosunku do zasobów, którymi dysponują, np. zgromadzonego pod skórą tłuszczu. Wynika to z faktu, iż odrętwienia nie wiążą się jedynie z oszczędzaniem energii, ale mogą mieć również negatywne konsekwencje dla zwierząt np. podatność na ataki drapieżników, wzrost uwalniania wolnych rodników tlenowych podczas wybudzeń czy obniżenie odporności immunologicznej. Dlatego osobniki będące w bardzo dobrej kondycji starają się wykorzystywać odrętwienia w mniejszym stopniu i często mogą być aktywne także zimą. Hibernacja najprawdopodobniej wiąże się ściśle z ewolucją długowieczności — gatunki hibernujące żyją dłużej niż niehibernujące. Wydaje się jednak, że odbywa się to kosztem inwestycji rodzicielskich — gatunki hibernujące mają zwykle mało młodych w miocie.
Warunki zewnętrzne zwykle mają mniejszy wpływ na przebieg hibernacji, ponieważ zwierzęta wybierają do tego procesu często kryjówki, w których warunki termiczne są bardzo stabilne. Nietoperze hibernują w zimnych i stabilnych termicznie podziemiach, popielice, susły czy chomiki w głębokich norach, a niedźwiedzie w gawrach. Należy jednak pamiętać, że to właśnie na skutek oddziaływania warunków środowiskowych, takich jak dostępność pokarmu, temperatura i długość dnia zwierzęta rozpoczynają proces przygotowawczy oraz samą już hibernację. Spośród wymienionych czynników bardzo istotną dla zwierząt informacją jest długości dnia. Dzień skraca się jesienią i wydłuża wiosną w sposób identyczny każdego roku. To dlatego wiele gatunków zwierząt (nie tylko hibernujących) kieruje się zmianami długości dnia, by przewidywać warunki środowiskowe optymalne dla rozrodu, migracji czy zimowania. Przed przystąpieniem do hibernacji zwierzęta muszą zgromadzić zasoby energetyczne niezbędne do przetrwania. Część zwierząt hibernujących, jak na przykład pręgowiec amerykański — gryzoń z rodziny wiewiórkowatych, w tym celu gromadzi zapasy nasion w norach. Wiele innych grup zwierząt, jak wspomniane nietoperze czy popielice, ale także jeże, gromadzi zasoby energetyczne w postaci podskórnego tłuszczu. Ten sposób gromadzenia zasobów na okres zimowy wiąże się z wieloma ograniczeniami fizjologicznymi oraz utrudnia poruszanie się, co zwiększa np. ryzyko drapieżnictwa. Mimo to zwierzęta jak np. jeże są w stanie gromadzić tłuszcz, który może stanowić nawet kilkadziesiąt procent ich masy ciała.
Podczas procesu otłuszczania zwierzęta hibernujące także wykorzystują odrętwienia dobowe. W porze aktywności intensywnie żerują, a w czasie spoczynku zapadają w odrętwienie, wybierając do tego chłodne kryjówki. Dzięki ograniczeniu wydatków podczas odrętwienia dobowego znacznie efektywniej odkładają one tkankę tłuszczową. Sam proces otłuszczania stymulowany jest także przez okresowe głodówki. Jesienią nie każdej nocy warunki pogodowe pozwalają na udane łowy. Częściej ograniczana dostępność pokarmu skutkuje coraz częstszym wykorzystaniem odrętwień, większymi oszczędnościami energetycznymi i w efekcie zgromadzeniem niezbędnych zasobów tłuszczu. Niska temperatura stymuluje także przemiany na poziomie tkankowym. W zimnie stymulowana jest termogeneza bezdrżeniowa – najwydajniejsza i najoszczędniejsza droga produkcji ciepła, zachodząca w brunatnej tkance. Ponieważ przy niskich temperaturach ciała drżenie nie zachodzi, ten sposób produkcji ciepła jest także niezbędny dla ogrzewania organizmu podczas wybudzania się z odrętwień. Zbyt duża dostępność pokarmu, zanieczyszczenie światłem oraz wysokie temperatury w konsekwencji mogą przyczynić się do zaburzenia procesów przygotowawczych, jak i samej hibernacji.
Na terenie Polski występują dwa gatunki jeży: jeż zachodni (Erinaceus europaeus) oraz jeż wschodni (Erinaceus roumanicus). Zasięgi obu gatunków na terenie kraju pokrywają się częściowo. Jeż wschodni nie był notowany jedynie w województwie lubuskim, natomiast zasięg jeża zachodniego zdaje się osiągać wschodnią granicę przebiegającą na linii rzeki Wisły (choć dwa stanowiska odnotowano także w okolicach Siedlec). Warto zauważyć, że przed 1984 rokiem zasięg występowania jeża zachodniego w Polsce był znacznie mniejszy, występował on praktycznie tylko na zachodzie kraju. Wynika z tego, że gatunek ten w ostatnich dekadach skolonizował terytoria bardziej wysunięte na północny-wschód, co może wiązać się ze zmianami klimatu.
Zarówno jeże zachodnie, jak i wschodnie, hibernują pod liśćmi i gałęziami, w przydomowych żywopłotach czy zakrzaczeniach znajdujących się głównie w lasach, ogrodach czy parkach miejskich. Możemy je znaleźć także w przydomowych pryzmach kompostu, czy pod drewnianymi tarasami. Gniazda hibernacyjne jeże budują w takich miejscach z liści, mchu, ściółki leśnej, czy traw, ale także z pozostawianych przez nas odpadków — jak plastikowe torebki czy papier. W trakcie hibernacji takie miejsca są zmieniane, a jeden jeż może wykorzystywać od kilku do nawet kilkudziesięciu takich kryjówek. Te same kryjówki mogą być wykorzystywane przez inne osobniki, lecz zwykle nie w tym samym czasie. Miejsca hibernacji wybierane przez jeże ze względu na swój charakter są raczej słabo izolowane od warunków zewnętrznych — przynajmniej w porównaniu do innych gatunków hibernujących. Wydaje się, że jest to istotne, ponieważ nasilające się zmiany globalne, jak większa zmienność temperatur zimą które, obserwujemy obecnie, nie są zapewne bez wpływu na zachowanie, ale także i fizjologię hibernacji jeży.
Głębokość odrętwień hibernacyjnych jest zależna od temperatury otoczenia — im wyższa temperatura otoczenia, tym wyższa temperatura ciała i tym samym, wyższe tempo metabolizmu oraz konsekwentnie całkowite wydatki energetyczne. Natomiast, im niższa temperatura ciała tym odrętwienia są dłuższe. Dlatego należy pamiętać, że dla zwierząt hibernujących zimno jest niezbędne do przeprowadzenia procesu hibernacji. W przypadku jeży wschodnich, pojedynczy epizod odrętwienia, w którego trakcie temperatura ciała spadła do 1°C może trwać nawet dwa tygodnie. Odrętwienia, podczas których temperatura ciała obniża się do 10°C trwają około pięciu dni, natomiast, gdy temperatura ciała nie spada poniżej 20°C to odrętwienia trwają zwykle krócej niż dwa dni.
Najdłuższe epizody odrętwień u hibernujących jeży wschodnich obserwuje się, gdy temperatura otoczenia zimą wynosi od -2°C do 0°C. Odrętwienia są krótsze zarówno poniżej, jak i powyżej tego zakresu temperatur. Wynika to z tego, że poniżej pewnej wartości temperatury otoczenia jeże muszą zacząć produkować ciepło, by nie zamarznąć. Mogą wówczas wybudzać się i szukać lepszych miejsc do hibernacji. Aby zminimalizować wydatki energetyczne zimą, jeże wymagają więc umiarkowanego zimna. Dane dotyczące termoregulacji jeży wschodnich i zachodnich wskazują, że to te pierwsze wykorzystują hibernację intensywniej. Długość hibernacji jeży wschodnich to około 100-200 dni a zachodnich zwykle o połowę mniej. Wynika to najprawdopodobniej z tego, że dane te były uzyskane dla jeży żyjących w nieco innym klimacie. Jednak, pomiary u jeży eksponowanych na różne temperatury otoczenia wskazują, że dla zbliżonych warunków jeże wschodnie wykazują znacznie większą redukcję temperatury ciała, niż jeże zachodnie. Można więc spodziewać się, że to właśnie jeże wschodnie są hibernacyjnymi specjalistami.
Ponieważ kryjówki jeży są raczej słabo izolowane, to przebieg ich hibernacji jest determinowany przez zmiany temperatur. Coraz cieplejsze zimy oraz zmiany temperatur, które obserwujemy współcześnie, mogą powodować to, że jeże hibernują krócej, wybudzają się częściej, a same odrętwienia są znacznie płytsze. Może to powodować szybsze wykorzystanie zasobów energetycznych zgromadzonych na zimę, spadek kondycji i wzrost aktywności w celu poszukiwania pokarmu.
Czy powoduje to większą śmiertelność jeży w tym okresie? Na to pytanie wciąż nie sposób jednoznacznie odpowiedzieć. Wyniki badań prowadzonych na Wyspach Brytyjskich, w Irlandii, Dani czy Finlandii wskazują, że w trakcie samej hibernacji śmiertelność jeży jest bardzo niska. Znacznie wyższa śmiertelność występuje natomiast jesienią przed samą hibernacją, gdy jeże intensywnie żerują by zgromadzić zapasy tłuszczu, oraz krótko po niej, wczesną wiosną, gdy muszą zacząć aktywne życie. Ponieważ aktywność bezkręgowców, głównego składnika diety jeży, również zależna jest od temperatury, dostępność pokarmu nie jest najprawdopodobniej głównym czynnikiem wpływającym na śmiertelność jeży. Głównymi rozpoznanymi czynnikami wpływającymi na śmiertelność są drapieżnictwo, jak również kolizje na drogach.
Obserwacje prowadzone przez ośrodki rehabilitacji dzikich zwierząt (w tym jeży) notują fakt, że jeże kończą hibernację wcześniej, niż było to kilkanaście-kilkadziesiąt lat temu. Prawdopodobnie jest to związane z coraz łagodniejszymi zimami, ich szybszym końcem, bądź też intensywnie zmieniającą się pogodą. Być może ma to także związek z tym, że jeże zmieniły w ostatnich dekadach swoje zasięgi występowania. Jeże zachodnie, które wykorzystują hibernację w mniejszym stopniu, niż jeże wschodnie, występują obecnie także w centrum naszego kraju.
Czy pojawianie się aktywnych jeży przed końcem kalendarzowej zimy wynika z tego, że są to osobniki należące do innego gatunku? To kolejne pytanie wymagające weryfikacji. Część z osobników, które trafiają do ośrodków rehabilitacji jest rzeczywiście w złej kondycji i wymaga interwencji, aczkolwiek do ośrodków trafiają także zwierzęta zdrowe, i choć przyniesione w dobrej wierze, to jednak niepotrzebnie zabierane ze środowiska naturalnego. Sama ekspozycja takich zwierząt na światło, wysoką temperaturę i obfity pokarm może spowodować, że tej samej zimy już sobie w naturze nie poradzą. Dlatego, zanim podejmiemy jakieś działania w odniesieniu do dzikich zwierząt, powinniśmy skonsultować się z osobami, które mają wieloletnie doświadczenie i pracują np. w ośrodkach rehabilitacji zwierząt. W wielu przypadkach sam wywiad telefoniczny może wystarczyć, by zdecydować, czy podejmowanie działań jest niezbędne, czy może należy jeża, czy inne zwierzę zostawić w spokoju. Warto także brać pod uwagę potrzeby jeży, gdy porządkujemy przydomowe ogródki, parki miejskie czy nieużytki. Może warto przełożyć prace pielęgnacyjne w takich miejscach na późną wiosnę, a kopce liści zgromadzone jesienią uprzątnąć dopiero po zimie? Dla nas nie powinno stanowić to aż tak wielkiej różnicy, natomiast może uratować życie niejednego jeża.
dr inż. Jan Stanisław Boratyński
Zakład Ekologii Behawioralnej i Ekofizjologii
Instytut Biologii Ssaków Polskiej Akademii Nauk
){kind=link}