Стотине животињских врста могу хибернирати. Брзина метаболизма у њиховим организмима је десет пута смањена. Не могу да једу и тешко дишу. Ово стање је и даље једна од највећих научних мистерија. Његово решавање могло би да доведе до продора у многим областима, од онкологије до свемирских летова. Научници желе да натерају особу да хибернира.
„Радила сам у Шведској годину дана и годину дана нисам могла да натерам гофове да заспу“, признаје Људмила Крамарова, виши научни сарадник Института за теоријску и експерименталну биофизику Руске академије наука (Пушчино).
На Западу су права лабораторијских животиња детаљна – почива Декларација о људским правима. Али експерименти на проучавању хибернације се не могу изводити.
– Питање је, зашто да спавају ако је топло у кућици гофера и храњено из стомака? Гофери нису глупи. Овде у нашој лабораторији брзо би заспали са мном!
Најљубазнија Људмила Ивановна строго куцка прстом по столу и прича о лабораторијском гоферу који је живео код ње. “Сусја!” повикала је са врата. “Плати-плати!” – одговорио је гофер, који углавном није припитомљен. Ова Сусја није заспала ни једном у три године код куће. Зими, када је у стану постало приметно хладније, пењао се испод радијатора и грејао главу. "Зашто?" пита Људмила Ивановна. Можда је регулаторни центар хибернације негде у мозгу? Научници још не знају. Природа хибернације је једна од главних интрига у модерној биологији.
Привремена смрт
Захваљујући Мицрософт-у, наш језик је обогаћен још једном популарном речју – хибернацијом. Ово је назив режима у којем Виндовс Виста улази у рачунар како би се смањила потрошња енергије. Чини се да је машина искључена, али сви подаци су сачувани у исто време: притиснуо сам дугме – и све је радило као да се ништа није догодило. Иста ствар се дешава и са живим организмима. Хиљаде различитих врста - од примитивних бактерија до напредних лемура - могу привремено да "умру", што се научно назива хибернација или хипобиоза.
Класичан пример су гофови. Шта знаш о гофовима? Нормални такви глодари из породице веверица. Они сами копају своје минке, једу траву, размножавају се. Када дође зима, гофови иду под земљу. Ту се, са научне тачке гледишта, дешава најзанимљивије. Хибернација гопхера може трајати до 8 месеци. На површини мраз понекад достиже -50, рупа се смрзава до -5. Тада температура удова животиња пада на -2, а унутрашњих органа на -2,9 степени. Иначе, током зимовања, гофер спава заредом само три недеље. Затим излази из хибернације на неколико сати, а затим поново заспи. Не улазећи у биохемијске детаље, рецимо да се буди да пишки и протеже се.
Смрзнута веверица живи успорено: број откуцаја срца јој пада са 200-300 на 1-4 откуцаја у минути, епизодично дисање - 5-10 удисаја, а затим њихово потпуно одсуство сат времена. Доток крви у мозак је смањен за око 90%. Обичан човек не може преживети ништа слично овоме. Не може чак ни да постане попут медведа, чија температура током хибернације прилично пада – са 37 на 34-31 степен. Ових три до пет степени би нам било довољно: тело би се изборило за право да одржи рад срца, ритам дисања и поврати нормалну телесну температуру још неколико сати, али када понестане енергетских ресурса, смрт је неизбежна.
длакави кромпир
Знате ли како изгледа гофер када спава? пита Зариф Амиркханов, виши истраживач на Институту за биофизику ћелије. „Као кромпир из подрума. Тврдо и хладно. Само крзнени.
У међувремену, гофер личи на гофера – весело гризу семе. Није лако замислити да би ово весело створење могло изненада без разлога пасти у омамљеност и тако провести већи део године, а затим, опет, без разлога, „испасти“ из ове омамљености.
Једна од мистерија хипобиозе је да је животиња прилично способна да сама регулише своје стање. За то уопште није потребна промена температуре околине - лемури са Мадагаскара падају у хибернацију. Једном годишње нађу удубљење, запуше улаз и одлазе у кревет на седам месеци, снижавајући телесну температуру на +10 степени. А на улици у исто време све исто +30. Неке веверице, на пример, туркестанске, такође могу да хибернирају на врућини. Не ради се толико о температури около, већ о метаболизму унутра: брзина метаболизма опада за 60-70%.
„Видите, ово је потпуно другачије стање тела“, каже Зариф. – Пад телесне температуре не као узрок, већ као последица. Активира се још један регулаторни механизам. Функције десетина протеина се мењају, ћелије престају да се деле, генерално, тело се потпуно обнавља за неколико сати. А онда је за истих неколико сати поново изграђен. Без спољних утицаја.
Огревно дрво и пећ
Јединственост хибернације је у томе што се животиња прво може охладити, а затим загрејати без спољне помоћи. Питање је како?
„Врло је једноставно“, каже Људмила Крамарова. „Смеђе масно ткиво, јесте ли чули?
Све топлокрвне животиње, укључујући и људе, имају ову мистериозну смеђу маст. Штавише, код дојенчади је много више него код одрасле особе. Дуго времена, његова улога у телу била је генерално неразумљива. У ствари, постоји обична маст, зашто и браон?
– Дакле, испоставило се да смеђа маст игра улогу пећи, – објашњава Људмила, – а бела маст је само огревно дрво.
Смеђа маст је у стању да загреје тело од 0 до 15 степени. А онда су у рад укључене и друге тканине. Али само зато што смо пронашли шпорет не значи да смо схватили како да га натерамо да ради.
„Мора да постоји нешто што укључује овај механизам“, каже Зариф. – Мења се рад целог организма, што значи да постоји одређени центар који све ово контролише и покреће.
Аристотел је завештао да проучава хибернацију. Не може се рећи да наука ради управо то од 2500 година. Озбиљно, овај проблем је почео да се разматра тек пре 50 година. Главно питање је: шта у телу покреће механизам хибернације? Ако га пронађемо, разумећемо како функционише, а ако разумемо како функционише, научићемо како да изазовемо хибернацију код особа које не спавају. У идеалном случају, ми смо уз вас. То је логика науке. Међутим, са хипобиозом, нормална логика није функционисала.
Све је почело од краја. Немачки истраживач Кролл је 1952. године објавио резултате сензационалног експеримента. Уношењем екстракта мозга уснулих хрчака, јежа и слепих мишева у тело мачака и паса, изазвао је стање хипобиозе код животиња које не спавају. Када се проблем почео детаљније бавити, испоставило се да се фактор хипобиозе налази не само у мозгу, већ уопште у било ком органу животиње која хибернира. Пацови су послушно хибернирали ако им се убризгава крвна плазма, екстракти желуца, па чак и само урин успаваних веверица. Од чаше гоферовог урина заспали су и мајмуни. Ефекат се доследно репродукује. Међутим, он категорички одбија да се репродукује у свим покушајима да се изолује одређена супстанца: урин или крв изазивају хипобиозу, али њихове компоненте одвојено не. Ни веверице, ни лемури, ни, уопште, било ко од хибернатора у телу није пронађен ништа што би их разликовало од свих осталих.
Потрага за фактором хипобиозе траје већ 50 година, али је резултат скоро нула. Нису пронађени ни гени одговорни за хибернацију нити супстанце које је узрокују. Није јасно који је орган одговоран за ово стање. Разни експерименти укључивали су и надбубрежне жлезде, и хипофизу, и хипоталамус, и штитну жлезду на листи „осумњичених“, али се сваки пут испоставило да су они само учесници процеса, али не и његови покретачи.
„Јасно је да је далеко од читавог спектра супстанци које се налазе у овој прљавој фракцији ефикасан“, каже Људмила Крамарова. — Па макар само зато што их и ми углавном имамо. Проучене су хиљаде протеина и пептида одговорних за наш живот са земним веверицама. Али ниједан од њих – барем директно – није повезан са хибернацијом.
Прецизно је утврђено да се у телу уснулог гофа мења само концентрација супстанци, али се још увек не зна да ли се ту формира нешто ново. Што научници даље напредују, све су склонији да помисле да проблем није тајанствени „фактор спавања“.
„Највероватније, ово је сложен низ биохемијских догађаја“, каже Крамарова. – Можда делује коктел, односно мешавина одређеног броја супстанци у одређеној концентрацији. Можда је то каскада. То јест, конзистентан ефекат низа супстанци. Штавише, највероватније, ово су дуго познати протеини које сви имају.
Испоставило се да је хибернација једначина са свим познатим. Што је једноставније, то је теже решити.
Потпуни хаос
Са способношћу хибернације, природа је направила потпуни неред. Храњење беба млеком, полагање јаја, одржавање сталне телесне температуре – ови квалитети су уредно окачени на гране еволуционог дрвета. А хипобиоза се може јасно манифестовати код једне врсте и истовремено бити потпуно одсутна у свом најближем сроднику. На пример, мармоти и млевене веверице из породице веверица спавају у својим минкама шест месеци. А саме веверице не помишљају да заспу ни у најтежој зими. Али неки слепи мишеви (слепи мишеви), инсектоједи (јежеви), торбари и примати (лемури) падају у хибернацију. Али они нису ни други рођаци гофовима.
Неке птице, гмизавци, инсекти спавају. Генерално, није баш јасно на основу чега их је природа одабрала, а не друге, за хибернаторе. И да ли је изабрала? Чак и оне врсте које уопште нису упознате са хибернацијом, под одређеним условима, лако погоде шта је то. На пример, црнорепи преријски пас (породица глодара) заспи у лабораторијском окружењу ако је лишен воде и хране и смештен у мрачну, хладну просторију.
Чини се да се логика природе заснива управо на овоме: ако врста треба да преживи сезону гладовања да би преживела, она има опцију са хипобиозом у резерви.
„Изгледа да имамо посла са древним регулаторним механизмом, који је инхерентан сваком живом бићу уопште“, размишља Зариф наглас. – И то нас наводи на парадоксалну помисао: није чудно што гопери спавају. Чудно је што ми сами не хибернирамо. Можда бисмо били сасвим способни за хипобиозу када би се све у еволуцији развијало праволинијски, односно по принципу додавања нових квалитета уз задржавање старих.
Међутим, према научницима, особа у односу на хибернацију није сасвим безнадежна. Аустралијанци Абориџини, рониоци бисера, индијски јогији могу да минимизирају физиолошке функције тела. Нека се ова вештина постигне дугим тренингом, али се постиже! До сада ниједан научник није успео да стави особу у потпуну хибернацију. Наркоза, летаргични сан, кома су стања блиска хипобиози, али имају другачију основу и доживљавају се као патологија.
Експерименти за увођење особе у хибернацију ускоро ће започети украјински лекари. Метода коју су развили заснива се на два фактора: високом нивоу угљен-диоксида у ваздуху и ниским температурама. Можда нам ови експерименти неће дозволити да у потпуности разумемо природу хибернације, али барем претворимо хипобиозу у пуноправну клиничку процедуру.
Пацијент је послат на спавање
У време хибернације, гофер се не плаши не само хладноће, већ и главних болести гофа: исхемије, инфекција и онколошких болести. Од куге будна животиња угине за дан, а ако је заражена у поспаном стању, није је брига. Постоје огромне могућности за лекаре. Иста анестезија није најпријатније стање за тело. Зашто га не замените природнијом хибернацијом?
Замислите ситуацију: пацијент је на ивици живота и смрти, сат се рачуна. И често ови сати нису довољни за обављање операције или проналажење донора. А у хибернацији се скоро свака болест развија као у успореном снимку, и више не говоримо о сатима, већ о данима, па чак и недељама. Ако дате машти на вољу, можете замислити како су безнадежни пацијенти уроњени у стање хипобиозе у нади да ће се једног дана пронаћи средства неопходна за њихово лечење. Фирме које се баве криоником раде нешто слично, само што замрзну већ мртву особу, а тешко да је реално обновити организам који је десет година лежао у течном азоту.
Механизам хибернације може помоћи у разумевању разних болести. На пример, бугарски научник Веселин Денков у својој књизи „На ивици живота“ предлаже да се обрати пажња на биохемију медведа који спава: „Ако научници успеју да у свом чистом облику добију супстанцу (вероватно хормон) која улази у тело из хипоталамуса медведа, уз помоћ којих се регулишу животни процеси током хибернације, тада ће моћи успешно да лече особе које болују од болести бубрега.
До сада су лекари веома опрезни према идеји о коришћењу хибернације. Ипак, опасно је бавити се феноменом који није у потпуности схваћен.