Koszatniczki i światło

Dzień w Chile

Koszatniczki (Octodon degus) zasiedlają skaliste zbocza i półpustynne tereny środkowego Chile, głównie na zachodnich stokach Andów i terenach podgórskich; w literaturze podaje się występowanie od nizin po ok. 1200 m n.p.m ²⁸. W tym środowisku panują specyficzne warunki świetlne - intensywne nasłonecznienie w ciągu dnia, niska wilgotność, wyraźne różnice temperatur między dniem a nocą oraz minimalne zanieczyszczenie świetlne. Przez tysiące pokoleń koszatniczki ewoluowały w środowisku, gdzie granica między dniem a nocą była ostra i jednoznaczna.

W przeciwieństwie do większości gryzoni, które przyjęły nocny tryb życia jako strategię unikania drapieżników i przegrzania, koszatniczki obrały odmienną drogę. Ich aktywność koncentruje się w godzinach porannych i późnopopołudniowych, z przerwą w najgorętszej części dnia ²³. Ten wzorzec, określany jako bimodalny dzienny, pozwala unikać zarówno nocnych drapieżników, jak i ekstremalnych temperatur południowoamerykańskiego słońca. Wieczorem, wraz z zapadaniem zmroku, koszatniczki wycofują się do podziemnych nor, gdzie spędzają noc w całkowitej ciemności.

Co istotne, rytm aktywności koszatniczek nie jest sztywno zaprogramowany, lecz wykazuje zdolność do plastycznej regulacji w zależności od warunków środowiskowych. Badania laboratoryjne wykazały, że w warunkach stałej ciemności koszatniczki utrzymują endogenny rytm o okresie nieco krótszym niż 24 godziny, który w naturalnych warunkach jest codziennie korygowany przez sygnał świetlny ⁴. Ta precyzyjna kalibracja sprawia, że organizm jest szczególnie wrażliwy na jakość i regularność bodźca świetlnego.

Oko koszatniczki - aparat dostrojony do światła dziennego

Budowa układu wzrokowego koszatniczki odzwierciedla jej dzienny tryb życia. W przeciwieństwie do nocnych gryzoni, których siatkówka zdominowana jest przez pręciki zapewniające czułość w ciemności, koszatniczki posiadają stosunkowo dużo czopków, w tym populację czopków wrażliwych na światło ultrafioletowe ⁵⁶. Ta ostatnia cecha, rzadka wśród ssaków, sugeruje, że widzenie w zakresie UV odgrywa istotną rolę w ich ekologii - prawdopodobnie w komunikacji społecznej, gdyż badania nad właściwościami optycznymi moczu oraz widzeniem w krótszych długościach fal sugerują, że sygnały zapachowe mogą mieć też komponent widoczny w określonych warunkach ⁵.

Obecność rozwiniętego widzenia dziennego i barwnego oznacza jednak również, że siatkówka koszatniczki jest intensywnie stymulowana przez światło w sposób, który u nocnych gryzoni nie występuje. Fotoreceptory pracujące przez cały dzień wymagają okresów regeneracji, które w naturalnych warunkach zapewnia noc. Pozbawienie tej fazy odpoczynku może sprzyjać stresowi oksydacyjnemu siatkówki i przyspieszać procesy degeneracyjne ⁸.

Co więcej, koszatniczki - podobnie jak inne ssaki - posiadają w siatkówce wyspecjalizowane komórki zwojowe zawierające melanopsynę, odpowiedzialne za przekazywanie informacji o natężeniu światła do zegara biologicznego w mózgu ⁹. Komórki te są najbardziej wrażliwe na światło niebieskie, które obficie emitują ekrany komputerów, telewizory i lampy LED. Dla zwierzęcia dziennego, którego zegar biologiczny jest precyzyjnie dostrojony do cyklu słonecznego, nawet stosunkowo słabe światło sztuczne w porze nocnej może stanowić silny sygnał dezorientujący.

Gdy zegar biologiczny traci orientację

Centralny zegar biologiczny koszatniczki, zlokalizowany w jądrach nadskrzyżowaniowych podwzgórza, kontroluje nie tylko rytm snu i czuwania, ale również dziesiątki procesów fizjologicznych - od wydzielania hormonów, przez termoregulację, po aktywność układu odpornościowego ¹⁰. U gatunku dziennego synchronizacja ta jest szczególnie ścisła, ponieważ aktywność musi być skoordynowana z dostępnością światła niezbędnego do żerowania, interakcji społecznych i unikania drapieżników.

Sztuczne światło nocne zaburza tę synchronizację na kilku poziomach. Po pierwsze, przedłuża postrzeganą fazę dzienną, opóźniając procesy związane z przygotowaniem do snu. Po drugie, hamuje wydzielanie melatoniny - hormonu produkowanego przez szyszynkę wyłącznie w ciemności ¹¹. Po trzecie, może prowadzić do rozsprzęgania zegarów obwodowych w różnych narządach, które tracą koordynację z zegarem centralnym i między sobą nawzajem ¹².

U koszatniczek konsekwencje takiej desynchronizacji mogą być szczególnie dotkliwe ze względu na ich wrażliwość metaboliczną. Gatunek bywa wykorzystywany jako model badań chorób związanych z wiekiem ¹³, co czyni go cennym modelem badawczym, ale jednocześnie wskazuje na delikatną równowagę metaboliczną, którą łatwo zaburzyć. Badania nad innymi gatunkami wykazały, że ekspozycja na ALAN koreluje z insulinoopornością, zaburzeniami gospodarki lipidowej i przyrostem masy ciała niezależnie od diety ¹⁴¹⁵. U zwierzęcia predysponowanego do takich problemów ryzyko to jest prawdopodobnie jeszcze wyższe.

Melatonina - więcej niż hormon snu

Rola melatoniny wykracza daleko poza regulację rytmu snu i czuwania. U koszatniczek hormon ten uczestniczy w modulacji odpowiedzi immunologicznej, ochronie antyoksydacyjnej i regulacji procesów metabolicznych ¹⁶. Jako silny zmiatacz wolnych rodników, melatonina chroni komórki przed uszkodzeniami oksydacyjnymi, które nasilają się z wiekiem i pod wpływem stresu środowiskowego.

Koszatniczki żyją stosunkowo długo jak na gryzonie, zwykle żyją w niewoli około 5-8 lat, choć w dobrych warunkach mogą dożywać dłużej ¹⁷. Ta długowieczność sprawia, że skutki chronicznego niedoboru melatoniny mają czas, by się skumulować. Przyspieszenie procesów starzenia, osłabienie odporności, narastające problemy metaboliczne - wszystko to może manifestować się stopniowo, przez co trudno je powiązać z pozornie błahym czynnikiem, jakim jest światło w nocy.

Warto również zauważyć, że melatonina wpływa na funkcje poznawcze i nastrój. Koszatniczki są zwierzętami o rozwiniętych zdolnościach kognitywnych - potrafią używać narzędzi, wykazują złożone zachowania społeczne i dobrze radzą sobie z zadaniami wymagającymi pamięci przestrzennej ¹⁸¹⁹. Zaburzenia w systemie melatoninowym mogą przekładać się na deficyty w tych obszarach, choć bezpośrednie badania nad wpływem ALAN na funkcje poznawcze koszatniczek nie były dotychczas prowadzone.

Społeczne zwierzęta w stresie

Koszatniczki są gatunkiem wybitnie społecznym. W naturze żyją w grupach rodzinnych liczących od kilku do kilkunastu osobników, wspólnie budują systemy nor, dzielą się obowiązkami opieki nad młodymi i angażują w złożone interakcje społeczne obejmujące wzajemną pielęgnację, komunikację głosową i zabawy ²⁰²¹. Ta społeczna natura sprawia, że dobrostan koszatniczki zależy nie tylko od warunków fizycznych, ale również od jakości relacji z towarzyszami.

Stres wywołany zakłóceniami rytmu dobowego może negatywnie wpływać na zachowania społeczne. U gryzoni poddanych chronicznej ekspozycji na światło nocne obserwowano zwiększoną drażliwość, częstsze konflikty i zaburzenia w zachowaniach afiliacyjnych ²². U koszatniczek, dla których kontakt społeczny stanowi podstawową potrzebę, takie zmiany mogą prowadzić do poważnych problemów - od wzrostu agresji w grupie, przez izolację poszczególnych osobników, po chroniczny stres wynikający z niestabilnych relacji.

Ponadto koszatniczki komunikują się za pomocą bogatego repertuaru wokalizacji, z których wiele wydawanych jest w określonych kontekstach czasowych ²³. Zaburzenie rytmu dobowego może dezorganizować wzorce komunikacji, prowadząc do nieporozumień między osobnikami i dalszej destabilizacji struktury społecznej grupy.

Temperatura, metabolizm i dobowy bilans energetyczny

Koszatniczki pochodzą ze środowiska o znacznych wahaniach temperatury między dniem a nocą. Ich termoregulacja jest zsynchronizowana z rytmem dobowym - temperatura ciała obniża się w fazie spoczynku (nocą, gdy zwierzęta pozostają w norach), a rośnie w okresach aktywności ⁴. Ten naturalny cykl pozwala na oszczędzanie energii i jest integralną częścią gospodarki metabolicznej organizmu.

Sztuczne światło nocne, zaburzając rytm dobowy, może dezorganizować również termoregulację. Zwierzę otrzymujące sygnał przedłużającego się dnia może utrzymywać podwyższoną temperaturę ciała i wyższy poziom metabolizmu w porze, gdy powinno odpoczywać. W dłuższej perspektywie prowadzi to do wyczerpania rezerw energetycznych i obciążenia układu krążenia ²⁵.

Problem ten nabiera szczególnego znaczenia w kontekście tendencji koszatniczek do otyłości i cukrzycy. Zaburzenia w rytmice metabolicznej mogą nasilać insulinooporność, sprzyjać odkładaniu tkanki tłuszczowej i zaburzać kontrolę glikemii ¹⁴. Dla opiekuna może to manifestować się jako stopniowy przyrost masy ciała podopiecznego mimo pozornie odpowiedniej diety.

Wpływ zaburzeń rytmu dobowego na narząd wzroku

Jak wspomniano, koszatniczki posiadają rozwinięty układ wzrokowy przystosowany do aktywności dziennej. Ta cecha, będąca ewolucyjnym atutem, może jednak stanowić obciążenie w warunkach nienaturalnego reżimu świetlnego.

Siatkówka jest jedną z najbardziej metabolicznie aktywnych tkanek organizmu, zużywającą duże ilości tlenu i generującą znaczne ilości reaktywnych form tlenu jako produktów ubocznych ⁸. W naturalnych warunkach nocna ciemność zapewnia okres regeneracji, podczas którego procesy naprawcze mogą nadążyć za uszkodzeniami. Pozbawienie tego okresu rekonwalescencji może przyspieszać akumulację uszkodzeń oksydacyjnych.

Koszatniczki żyjące w niewoli wykazują stosunkowo wysoką częstość występowania zaćmy i innych problemów okulistycznych ²⁶. Choć przyczyny tego zjawiska są prawdopodobnie wieloczynnikowe - obejmując dietę, genetykę i ogólne warunki utrzymania - nie można wykluczyć, że chroniczna ekspozycja na sztuczne światło, szczególnie bogate w składową niebieską, stanowi jeden z czynników przyczyniających się do degeneracji wzroku.

Jak rozpoznać problem?

Skutki ekspozycji na ALAN u koszatniczek mogą być subtelne i rozwijać się stopniowo, co utrudnia ich wczesne rozpoznanie. Warto jednak zwracać uwagę na sygnały, które mogą wskazywać na zaburzenia rytmu dobowego. Zmiana wzorca aktywności, gdy zwierzę staje się bardziej aktywne w nocy, a senne i apatyczne w ciągu dnia, może sygnalizować dezorientację zegara biologicznego. Problemy ze snem manifestujące się częstym budzeniem, niespokojnym odpoczynkiem lub trudnościami z zasypianiem mimo pozornie spokojnego otoczenia również powinny niepokoić.

Zmiany w zachowaniach społecznych - narastające konflikty w grupie, unikanie kontaktu z towarzyszami lub zwiększona drażliwość - mogą wskazywać na chroniczny stres. Pogorszenie kondycji fizycznej obejmujące matową sierść, przyrost lub utratę masy ciała, zmniejszony apetyt, to kolejne potencjalne sygnały ostrzegawcze. Wreszcie apatia i spadek aktywności poznawczej - koszatniczka wydaje się mniej zainteresowana otoczeniem, zabawkami i interakcjami - mogą świadczyć o obniżonym nastroju związanym z zaburzeniami melatoninowymi.

Oczywiście każdy z tych objawów może mieć wiele przyczyn i wymaga konsultacji z weterynarzem specjalizującym się w egzotycznych zwierzętach. Jednak jeśli warunki świetlne w otoczeniu koszatniczek są nieoptymalne, ich poprawa powinna stanowić jeden z pierwszych kroków w poszukiwaniu źródła problemu.

Właściwe światło o właściwej porze

Odpowiednie zarządzanie oświetleniem w otoczeniu koszatniczek wynika bezpośrednio z ich dziennego trybu życia. W odróżnieniu od nocnych gryzoni, u których wystarczy zadbać o brak światła w nocy, koszatniczki potrzebują również dobrze dobranego oświetlenia w ciągu dnia.

Optymalne warunki obejmują jasne, naturalne lub zbliżone do naturalnego światło w godzinach dziennych. Koszatniczki powinny mieć dostęp do dobrze oświetlonego środowiska przez regularny, stały fotoperiod (np. ok. 12:12 lub 10-14 godzin światła zależnie od pory roku i warunków domowych) oraz przede wszystkim konsekwentna ciemność nocą ²⁷. Ekspozycja na naturalne światło słoneczne (przez szybę lub, jeśli to bezpieczne, bezpośrednia) jest wartościowa, pod warunkiem zapewnienia możliwości schronienia się w cieniu przed przegrzaniem.

Stopniowe przyciemnianie wieczorem pozwala organizmowi przygotować się do fazy nocnej. Nagłe wyłączenie światła jest mniej korzystne niż stopniowe przejście symulujące naturalny zmierzch. Całkowita ciemność w nocy jest absolutnie kluczowa - przez minimum 10-12 godzin koszatniczki powinny przebywać w warunkach zbliżonych do naturalnej ciemności, bez świateł standby, podświetlanych ekranów czy światła wpadającego z zewnątrz.

Unikanie światła niebieskiego wieczorem jest szczególnie istotne. Jeśli konieczne jest korzystanie z oświetlenia w pobliżu koszatniczek w godzinach wieczornych, lepiej wybierać lampy o ciepłej barwie, emitujące mniej światła krótkofalowego.
Wreszcie zapewnienie kryjówki na wypadek sytuacji, gdy nie można w pełni kontrolować oświetlenia, daje koszatniczkom możliwość schronienia się w zaciemnionym miejscu. Solidny domek lub tunel może częściowo kompensować nieoptymalne warunki świetlne.

Podsumowanie

Koszatniczki, jako jedne z niewielu dziennych gryzoni utrzymywanych w domach, prezentują specyficzny zestaw potrzeb związanych z oświetleniem. Ich precyzyjnie zsynchronizowany z cyklem słonecznym zegar biologiczny wymaga zarówno odpowiedniego światła w ciągu dnia, jak i całkowitej ciemności w nocy. Zakłócenie tego rytmu przez sztuczne światło nocne może prowadzić do szeregu problemów zdrowotnych, behawioralnych i społecznych.

Długowieczność koszatniczek sprawia, że skutki niewłaściwych warunków świetlnych mają czas, by się kumulować i przełożyć na pogorszenie jakości życia w późniejszym wieku. Świadomy opiekun, rozumiejący biologię swojego podopiecznego, może jednak łatwo zapewnić warunki wspierające naturalny rytm dobowy. W świecie zdominowanym przez sztuczne światło ta pozornie prosta interwencja stanowi jeden z fundamentów odpowiedzialnej opieki nad koszatniczkami.

Bibliografia

1. Ebensperger, L. A., & Hurtado, M. J. (2005). On the relationship between herbaceous cover and vigilance activity of degus (Octodon degus). Ethology, 111(6), 593-608. DOI: 10.1111/j.1439-0310.2005.01084.x.
2. Kenagy, G. J., Nespolo, R. F., Vásquez, R. A., & Bozinovic, F. (2002). Daily and seasonal limits of time and temperature to activity of degus. Revista Chilena de Historia Natural, 75(3), 567-581.
3. Ocampo-Garcés, A., Mena, W., Hernández, F., Cortés, N., & Palacios, A. G. (2006). Circadian chronotypes among wild-captured west Andean octodontids. Biological Research, 39(2), 209-220. DOI: 10.4067/S0716-97602006000200005.
4. Labyak, S. E., Lee, T. M., & Goel, N. (1997). Rhythm chronotypes in a diurnal rodent, Octodon degus. American Journal of Physiology - Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 273(3), R1058-R1066. DOI: 10.1152/ajpregu.1997.273.3.R1058.
5. Chávez, A. E., Bozinovic, F., Peichl, L., & Palacios, A. G. (2003). Retinal spectral sensitivity, fur coloration, and urine reflectance in the genus Octodon (Rodentia): implications for visual ecology. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 44(5), 2290-2296. DOI: 10.1167/iovs.02-0106.
6. Jacobs, G. H., Calderone, J. B., Fenwick, J. A., Krogh, K., & Williams, G. A. (2003). Visual adaptations in a diurnal rodent, Octodon degus. Journal of Comparative Physiology A, 189(5), 347-361. DOI: 10.1007/s00359-003-0410-1.
7. Palacios, A. G., & Bozinovic, F. (2003). An „enurination” hypothesis of olfactory communication in Octodon degus. Revista Chilena de Historia Natural, 76, 263-268.
8. Tosini, G., Ferguson, I., & Tsubota, K. (2016). Effects of blue light on the circadian system and eye physiology. Molecular Vision, 22, 61-72.
9. Hattar, S., Liao, H. W., Takao, M., Berson, D. M., & Yau, K. W. (2002). Melanopsin-containing retinal ganglion cells: architecture, projections, and intrinsic photosensitivity. Science, 295(5557), 1065-1070. DOI: 10.1126/science.1069609.
10. Mohawk, J. A., Green, C. B., & Takahashi, J. S. (2012). Central and peripheral circadian clocks in mammals. Annual Review of Neuroscience, 35, 445-462. DOI: 10.1146/annurev-neuro-060909-153128.
11. Reiter, R. J., Tan, D. X., & Galano, A. (2014). Melatonin: exceeding expectations. Physiology, 29(5), 325-333. DOI: 10.1152/physiol.00011.2014.
12. Bass, J., & Takahashi, J. S. (2010). Circadian integration of metabolism and energetics. Science, 330(6009), 1349-1354. DOI: 10.1126/science.1195027.
13. Inestrosa, N. C., Reyes, A. E., Chacón, M. A., Cerpa, W., Villalón, A., Montiel, J., … & Bhardwaj, R. (2005). Human-like rodent amyloid-β-peptide determines Alzheimer pathology in aged wild-type Octodon degu. Neurobiology of Aging, 26(7), 1023-1028. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2004.09.016.
14. Fonken, L. K., & Nelson, R. J. (2014). The effects of light at night on circadian clocks and metabolism. Endocrine Reviews, 35(4), 648-670. DOI: 10.1210/er.2013-1051.
15. Navara, K. J., & Nelson, R. J. (2007). The dark side of light at night: physiological, epidemiological, and ecological consequences. Journal of Pineal Research, 43(3), 215-224. DOI: 10.1111/j.1600-079X.2007.00473.x.
16. Carrillo-Vico, A., Lardone, P. J., Álvarez-Sánchez, N., Rodríguez-Rodríguez, A., & Guerrero, J. M. (2013). Melatonin: buffering the immune system. International Journal of Molecular Sciences, 14(4), 8638-8683. DOI: 10.3390/ijms14048638.
17. Lee, T. M. (2004). Octodon degus: a diurnal, social, and long-lived rodent. ILAR Journal, 45(1), 14-24. DOI: 10.1093/ilar.45.1.14.
18. Okanoya, K., Tokimoto, N., Kumazawa, N., Hihara, S., & Iriki, A. (2008). Tool-use training in a species of rodent: the emergence of an optimal motor strategy and functional understanding. PLoS ONE, 3(3), e1860. DOI: 10.1371/journal.pone.0001860.
19. Popović, N., Madrid, J. A., Rol, M. A., Caballero-Bleda, M., & Popović, M. (2010). Barnes maze performance of Octodon degus: effect of different variables. Behavioural Brain Research, 212(2), 184-189. DOI: 10.1016/j.bbr.2010.04.045.
20. Ebensperger, L. A., Hurtado, M. J., Soto-Gamboa, M., Lacey, E. A., & Chang, A. T. (2004). Communal nesting and kinship in degus (Octodon degus). Naturwissenschaften, 91(8), 391-395. DOI: 10.1007/s00114-004-0546-2.
21. Ebensperger, L. A., & Wallem, P. K. (2002). Grouping increases the ability of the social rodent, Octodon degus, to detect predators when using exposed microhabitats. Oikos, 98(3), 491-497. DOI: 10.1034/j.1600-0706.2002.980313.x.
22. Fonken, L. K., Kitsmiller, E., Smale, L., & Nelson, R. J. (2012). Dim nighttime light impairs cognition and provokes depressive-like responses in a diurnal rodent. Journal of Biological Rhythms, 27(4), 319-327. DOI: 10.1177/0748730412448324.
23. Long, C. V. (2007). Vocalisations of the degu Octodon degus, a social caviomorph rodent. Bioacoustics, 16(3), 223-244. DOI: 10.1080/09524622.2007.9753579.
24. Refinetti, R. (1996). The body temperature rhythm of the thirteen-lined ground squirrel, Spermophilus tridecemlineatus. Physiological Zoology, 69(2), 270-282.
25. Fonken, L. K., Workman, J. L., Walton, J. C., Weil, Z. M., Morris, J. S., Haim, A., & Nelson, R. J. (2010). Light at night increases body mass by shifting the time of food intake. PNAS, 107(43), 18664-18669. DOI: 10.1073/pnas.1008734107.
26. Jekl, V., & Redrobe, S. (2013). Degus. In: Ferrets, Rabbits, and Rodents: Clinical Medicine and Surgery (3rd ed., pp. 311-325). Elsevier.
27. Jilge, B., & Stähle, H. (1984). The effect of photoperiod on the circadian activity rhythms of the degu (Octodon degus). Physiology & Behavior, 33(4), 543-548.
28. Woods, C. A., & Boraker, D. K. (1975). Octodon degus. Mammalian Species, (67), 1-5.