Sute de specii de animale pot hiberna. Rata metabolică în organismele lor este redusă de zece ori. Ei nu pot mânca și cu greu respira. Această condiție continuă să fie unul dintre cele mai mari mistere științifice. Rezolvarea acesteia ar putea duce la descoperiri în multe domenii, de la oncologie la zborurile în spațiu. Oamenii de știință vor să facă o persoană să hiberneze.
„Am lucrat un an în Suedia și nu am reușit să-i fac pe gophers să adoarmă timp de un an”, recunoaște Lyudmila Kramarova, cercetător principal la Institutul de Biofizică Teoretică și Experimentală al Academiei Ruse de Științe (Pushchino).
În Occident, drepturile animalelor de laborator sunt detaliate – Declarația Drepturilor Omului se odihnește. Dar experimentele privind studiul hibernării nu pot fi efectuate.
– Întrebarea este, de ce ar trebui să doarmă dacă este cald în casa gopher și hrăniți din burtă? Gophers nu sunt proști. Aici, în laboratorul nostru, ar adormi repede cu mine!
Cea mai bună Lyudmila Ivanovna bate cu degetul pe masă și vorbește despre gopher de laborator care locuia la ea. „Susya!” strigă ea din prag. „Plătește-plătește!” – răspunse gopher, care în general nu este îmblânzit. Această Susya nu a adormit nici măcar o dată la trei ani acasă. Iarna, când în apartament s-a răcit simțitor, s-a urcat pe sub calorifer și și-a încălzit capul. "De ce?" întreabă Liudmila Ivanovna. Poate că centrul de reglementare al hibernarii este undeva în creier? Oamenii de știință nu știu încă. Natura hibernării este una dintre intrigile majore din biologia modernă.
Moarte temporară
Datorită Microsoft, limba noastră s-a îmbogățit cu un alt cuvânt la modă – hibernare. Acesta este numele modului în care Windows Vista intră în computer pentru a minimiza consumul de energie. Aparatul pare a fi oprit, dar toate datele sunt salvate în același timp: am apăsat butonul – și totul a funcționat ca și cum nimic nu s-ar fi întâmplat. Același lucru se întâmplă și cu organismele vii. Mii de specii diferite – de la bacterii primitive la lemuri avansati – sunt capabile să „moară” temporar, ceea ce se numește științific hibernare sau hipobioză.
Exemplul clasic este gophers. Ce știi despre gophers? Normal astfel de rozătoare din familia veverițelor. Își sapă singuri nurcile, mănâncă iarbă, se înmulțesc. Când vine iarna, gophers merg în subteran. Aici, din punct de vedere științific, se întâmplă cel mai interesant lucru. Hibernarea Gopher poate dura până la 8 luni. La suprafață, înghețul ajunge uneori la -50, gaura îngheață până la -5. Apoi temperatura membrelor animalelor scade la -2, iar organele interne la -2,9 grade. Apropo, în timpul iernarii, gopher doarme la rând doar trei săptămâni. Apoi iese din hibernare pentru câteva ore, apoi adoarme din nou. Fără a intra în detalii biochimice, să spunem că se trezește să facă pipi și să se întindă.
O veveriță de pământ înghețată trăiește cu încetinitorul: ritmul cardiac scade de la 200-300 la 1-4 bătăi pe minut, respirație episodică - 5-10 respirații și apoi absența lor completă timp de o oră. Aportul de sânge a creierului este redus cu aproximativ 90%. O persoană obișnuită nu poate supraviețui nimic aproape de asta. Nici măcar nu este capabil să devină ca un urs, a cărui temperatură scade destul de mult în timpul hibernării – de la 37 la 34-31 de grade. Aceste trei până la cinci grade ne-ar fi fost suficiente: organismul ar fi luptat pentru dreptul de a menține ritmul cardiac, ritmul de respirație și de a restabili temperatura corporală normală pentru încă câteva ore, dar când resursele de energie se epuizează, moartea este inevitabil.
cartof păros
Știi cum arată un gopher când doarme? întreabă Zarif Amirkhanov, cercetător senior la Institutul de Biofizică celulară. „Ca cartofii din pivniță. Tare și rece. Doar blănos.
Între timp, gopherul arată ca un gopher – roade vesel semințe. Nu este ușor de imaginat că această creatură veselă ar putea să cadă brusc într-o stupoare fără motiv și să petreacă cea mai mare parte a anului astfel, iar apoi, din nou, fără niciun motiv, „cădea” din această stupoare.
Unul dintre misterele hipobiozei este că animalul este destul de capabil să-și regleze starea singur. O schimbare a temperaturii ambientale nu este deloc necesară pentru aceasta – lemurii din Madagascar cad în hibernare. O dată pe an, găsesc un gol, astupă intrarea și se culcă timp de șapte luni, scăzând temperatura corpului la +10 grade. Și pe stradă în același timp tot la fel +30. Unele veverițe de pământ, de exemplu, cele din Turkestan, pot hiberna și la căldură. Nu este atât temperatura din jur, cât metabolismul din interior: rata metabolică scade cu 60-70%.
„Vedeți, aceasta este o stare complet diferită a corpului”, spune Zarif. – Temperatura corpului scade nu ca o cauză, ci ca o consecință. Este activat un alt mecanism de reglare. Funcțiile a zeci de proteine se schimbă, celulele nu se mai divizează, în general, organismul este complet reconstruit în câteva ore. Și apoi în aceleași câteva ore este reconstruit înapoi. Fara influente externe.
Lemn de foc si soba
Unicitatea hibernării este că animalul se poate mai întâi să se răcească și apoi să se încălzească fără ajutor extern. Întrebarea este cum?
„Este foarte simplu”, spune Lyudmila Kramarova. „Țesut adipos maro, ai auzit?
Toate animalele cu sânge cald, inclusiv oamenii, au această grăsime maro misterioasă. În plus, la sugari este mult mai mult decât la un adult. Multă vreme, rolul său în organism a fost în general de neînțeles. De fapt, există grăsime obișnuită, de ce și maro?
– Deci, s-a dovedit că grăsimea brună joacă rolul unui aragaz, – explică Lyudmila, – iar grăsimea albă este doar lemn de foc.
Grăsimea brună este capabilă să încălzească corpul de la 0 la 15 grade. Și apoi alte țesături sunt incluse în lucrare. Dar doar pentru că am găsit o sobă nu înseamnă că ne-am dat seama cum să o facem să funcționeze.
„Trebuie să existe ceva care pornește acest mecanism”, spune Zarif. – Munca întregului organism se schimbă, ceea ce înseamnă că există un anumit centru care controlează și lansează toate acestea.
Aristotel a lăsat moștenire să studieze hibernarea. Nu se poate spune că știința a făcut tocmai asta de la 2500 de ani. Serios, această problemă a început să fie luată în considerare cu doar 50 de ani în urmă. Întrebarea principală este: ce în organism declanșează mecanismul de hibernare? Dacă îl găsim, vom înțelege cum funcționează, iar dacă înțelegem cum funcționează, vom învăța cum să inducem hibernarea la cei care nu dorm. În mod ideal, suntem alături de tine. Aceasta este logica științei. Cu toate acestea, cu hipobioză, logica normală nu a funcționat.
Totul a început de la sfârșit. În 1952, cercetătorul german Kroll a publicat rezultatele unui experiment senzațional. Prin introducerea unui extract din creierul hamsterilor adormiți, aricilor și liliecilor în corpul pisicilor și câinilor, el a provocat o stare de hipobioză la animalele care nu dormeau. Când problema a început să fie tratată mai îndeaproape, s-a dovedit că factorul de hipobioză este conținut nu numai în creier, ci, în general, în orice organ al unui animal care hiberna. Șobolanii hibernau ascultători dacă li s-a injectat plasmă sanguină, extracte de stomac și chiar doar urina veverițelor de pământ adormite. Dintr-un pahar de urină gopher, maimuțele au adormit și ele. Efectul este reprodus constant. Cu toate acestea, refuză categoric să fie reprodus în toate încercările de a izola o anumită substanță: urina sau sângele provoacă hipobioză, dar componentele lor separat nu o fac. Nici veverițe de pământ, nici lemuri și nici, în general, niciunul dintre hibernatorii din corp nu a fost găsit ceva care să-i deosebească de toți ceilalți.
Căutarea factorului de hipobioză durează de 50 de ani, dar rezultatul este aproape zero. Nu au fost găsite nici genele responsabile de hibernare, nici substanțele care o provoacă. Nu este clar care organ este responsabil pentru această afecțiune. Diverse experimente au inclus glandele suprarenale și glanda pituitară și hipotalamusul și glanda tiroidă în lista „suspecților”, dar de fiecare dată s-a dovedit că ei erau doar participanți la proces, dar nu și inițiatorii acestuia.
„Este clar că departe de întreaga gamă de substanțe care se află în această fracțiune murdară este eficient”, spune Lyudmila Kramarova. — Ei bine, fie doar pentru că le avem și noi în mare parte. Au fost studiate mii de proteine și peptide responsabile pentru viața noastră cu veverițele de pământ. Dar niciuna dintre ele – cel puțin în mod direct – nu are legătură cu hibernarea.
S-a stabilit cu precizie că doar concentrația de substanțe se modifică în corpul unui gopher adormit, dar încă nu se știe dacă se formează ceva nou acolo. Cu cât oamenii de știință avansează mai mult, cu atât sunt mai înclinați să creadă că problema nu este misteriosul „factor de somn”.
„Cel mai probabil, aceasta este o secvență complexă de evenimente biochimice”, spune Kramarova. – Poate că acționează un cocktail, adică un amestec dintr-un anumit număr de substanțe într-o anumită concentrație. Poate este o cascadă. Adică efectul consistent al unui număr de substanțe. Mai mult decât atât, cel mai probabil, acestea sunt proteine cunoscute de mult timp pe care le are toată lumea.
Se dovedește că hibernarea este o ecuație cu toate cele cunoscute. Cu cât este mai simplu, cu atât este mai dificil de rezolvat.
Haos total
Cu capacitatea de a hiberna, natura a făcut o mizerie completă. Hrănirea bebelușilor cu lapte, depunerea ouălor, menținerea unei temperaturi constante a corpului – aceste calități sunt agățate cu grijă de ramurile arborelui evolutiv. Și hipobioza se poate manifesta în mod clar la o specie și, în același timp, poate fi complet absentă la ruda sa cea mai apropiată. De exemplu, marmotele și veverițele de pământ din familia veverițelor dorm în nurcile lor timp de șase luni. Și veverițele în sine nu se gândesc să adoarmă nici în cea mai grea iarnă. Dar unii lilieci (lilieci), insectivori (arici), marsupiale și primate (lemuri) cad în hibernare. Dar nu sunt nici măcar veri ai doi cu gophers.
Unele păsări, reptile, insecte dorm. În general, nu este foarte clar pe ce bază natura i-a ales pe ei, și nu pe alții, ca hibernatori. Și ea a ales? Chiar și acele specii care nu sunt deloc familiarizate cu hibernarea, în anumite condiții, ghicesc cu ușurință despre ce este vorba. De exemplu, câinele de prerie cu coadă neagră (o familie de rozătoare) adoarme într-un cadru de laborator dacă este lipsit de apă și hrană și este plasat într-o cameră întunecată și rece.
Se pare că logica naturii se bazează tocmai pe asta: dacă o specie are nevoie să supraviețuiască sezonului de foamete pentru a supraviețui, are o opțiune cu hipobioză în rezervă.
„Se pare că avem de-a face cu un mecanism de reglementare străvechi, care este inerent oricărei creaturi vii în general”, gândește Zarif cu voce tare. – Și asta ne duce la un gând paradoxal: nu este ciudat că gophers dorm. Lucrul ciudat este că noi înșine nu hibernăm. Poate că am fi destul de capabili de hipobioză dacă totul în evoluție s-ar dezvolta în linie dreaptă, adică după principiul adăugării de noi calități menținându-le pe cele vechi.
Cu toate acestea, conform oamenilor de știință, o persoană în legătură cu hibernarea nu este complet fără speranță. Aborigenii australieni, scafandrii de perle, yoghinii indieni pot minimiza funcțiile fiziologice ale corpului. Lăsați această abilitate să fie obținută printr-un antrenament lung, dar este obținută! Până acum, niciun om de știință nu a reușit să pună o persoană într-o hibernare cu drepturi depline. Narcoza, somnul letargic, coma sunt stări apropiate de hipobioză, dar au o bază diferită și sunt percepute ca o patologie.
Experimentele pentru a introduce o persoană în hibernare vor începe în curând medicii ucraineni. Metoda pe care au dezvoltat-o se bazează pe doi factori: niveluri ridicate de dioxid de carbon în aer și temperaturi scăzute. Poate că aceste experimente nu ne vor permite să înțelegem pe deplin natura hibernării, dar cel puțin să transforme hipobioza într-o procedură clinică cu drepturi depline.
Pacientul trimis la somn
În timpul hibernării, gopher nu se teme nu numai de frig, ci și de principalele afecțiuni ale gopher: ischemie, infecții și boli oncologice. Din cauza ciumei, un animal treaz moare într-o zi, iar dacă este infectat în stare de somn, nu-i pasă. Există oportunități uriașe pentru medici. Aceeași anestezie nu este cea mai plăcută stare pentru organism. De ce să nu-l înlocuiți cu o hibernare mai naturală?
Imaginați-vă situația: pacientul este în pragul vieții și al morții, ceasul contează. Și adesea aceste ore nu sunt suficiente pentru a efectua o operație sau pentru a găsi un donator. Și în hibernare, aproape orice boală se dezvoltă ca la mișcare lentă și nu mai vorbim de ore, ci de zile, sau chiar de săptămâni. Dacă dai frâu liber imaginației, îți poți imagina cât de fără speranță sunt cufundați într-o stare de hipobioză, în speranța că într-o zi vor fi găsite mijloacele necesare pentru tratamentul lor. Firmele care se ocupă de crionica fac ceva similar, doar că îngheață o persoană deja moartă și nu este deloc realist să restabilim un organism care a stat timp de zece ani în azot lichid.
Mecanismul de hibernare poate ajuta la înțelegerea unei varietăți de afecțiuni. De exemplu, omul de știință bulgar Veselin Denkov în cartea sa „La marginea vieții” sugerează să se acorde atenție biochimiei unui urs adormit: „Dacă oamenii de știință reușesc să obțină în forma sa pură o substanță (probabil un hormon) care pătrunde în organism. din hipotalamusul urșilor, cu ajutorul căruia procesele vieții sunt reglate în timpul hibernării, atunci aceștia vor putea trata cu succes persoanele care suferă de boli de rinichi.
Până acum, medicii sunt foarte atenți la ideea de a folosi hibernarea. Totuși, este periculos să faci față unui fenomen care nu este pe deplin înțeles.