Εκατοντάδες είδη ζώων μπορούν να πέσουν σε χειμερία νάρκη. Ο μεταβολικός ρυθμός στους οργανισμούς τους μειώνεται δέκα φορές. Δεν μπορούν να φάνε και δύσκολα αναπνέουν. Αυτή η κατάσταση εξακολουθεί να είναι ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά μυστήρια. Η επίλυσή του θα μπορούσε να οδηγήσει σε ανακαλύψεις σε πολλούς τομείς, από την ογκολογία έως τις διαστημικές πτήσεις. Οι επιστήμονες θέλουν να κάνουν ένα άτομο σε χειμερία νάρκη.
«Δούλεψα στη Σουηδία για ένα χρόνο και δεν μπορούσα να αποκοιμήσω τα γοφάρια για ένα χρόνο», παραδέχεται η Λιουντμίλα Κραμάροβα, ανώτερη ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Θεωρητικής και Πειραματικής Βιοφυσικής της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Πουσσίνο).
Στη Δύση, τα δικαιώματα των εργαστηριακών ζώων είναι αναλυτικά – η Διακήρυξη των Ανθρωπίνων Δικαιωμάτων ξεκουράζεται. Αλλά πειράματα για τη μελέτη της αδρανοποίησης δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν.
– Το ερώτημα είναι γιατί να κοιμούνται αν κάνει ζέστη στο γοφάρι και τρέφεται από την κοιλιά; Τα γοφάρια δεν είναι ανόητα. Εδώ στο εργαστήριό μας, γρήγορα θα κοιμόντουσαν μαζί μου!
Η πιο ευγενική Λιουντμίλα Ιβάνοβνα χτυπά αυστηρά το δάχτυλό της στο τραπέζι και μιλάει για το γοφάρι του εργαστηρίου που ζούσε στο σπίτι της. «Σούσια!» φώναξε από την πόρτα. “Pay-Pay!” – απάντησε το γοφάρι, το οποίο γενικά δεν τιθασεύεται. Αυτή η Σούσια δεν αποκοιμιόταν ούτε μια φορά στα τρία χρόνια στο σπίτι. Το χειμώνα, όταν έκανε αισθητά πιο κρύο στο διαμέρισμα, σκαρφάλωσε κάτω από το καλοριφέρ και ζέστανε το κεφάλι του. "Γιατί?" ρωτάει η Λιουντμίλα Ιβάνοβνα. Ίσως το ρυθμιστικό κέντρο της αδρανοποίησης βρίσκεται κάπου στον εγκέφαλο; Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη. Η φύση της αδρανοποίησης είναι μια από τις σημαντικότερες ίντριγκες στη σύγχρονη βιολογία.
Προσωρινός θάνατος
Χάρη στη Microsoft, η γλώσσα μας έχει εμπλουτιστεί με ένα άλλο τσιτάτο - την αδρανοποίηση. Αυτό είναι το όνομα της λειτουργίας με την οποία τα Windows Vista εισέρχονται στον υπολογιστή προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η κατανάλωση ενέργειας. Το μηχάνημα φαίνεται να είναι απενεργοποιημένο, αλλά όλα τα δεδομένα αποθηκεύονται ταυτόχρονα: πάτησα το κουμπί - και όλα λειτουργούσαν σαν να μην είχε συμβεί τίποτα. Το ίδιο συμβαίνει και με τους ζωντανούς οργανισμούς. Χιλιάδες διαφορετικά είδη – από πρωτόγονα βακτήρια μέχρι προχωρημένους λεμούριους – είναι σε θέση να «πεθάνουν» προσωρινά, κάτι που επιστημονικά ονομάζεται χειμερία νάρκη ή υποβίωση.
Το κλασικό παράδειγμα είναι τα γοφάρια. Τι γνωρίζετε για τα γοφάρια; Κανονικά τέτοια τρωκτικά από την οικογένεια των σκίουρων. Σκάβουν τα δικά τους βιζόν, τρώνε γρασίδι, αναπαράγονται. Όταν έρχεται ο χειμώνας, τα γοφάρια πάνε υπόγεια. Εδώ, από επιστημονική άποψη, συμβαίνει το πιο ενδιαφέρον. Η αδρανοποίηση Gopher μπορεί να διαρκέσει έως και 8 μήνες. Στην επιφάνεια, ο παγετός μερικές φορές φτάνει -50, η τρύπα παγώνει μέχρι -5. Στη συνέχεια, η θερμοκρασία των άκρων των ζώων πέφτει στους -2 και των εσωτερικών οργάνων στους -2,9 βαθμούς. Παρεμπιπτόντως, κατά τη διάρκεια του χειμώνα, το γοφάρι κοιμάται στη σειρά μόνο για τρεις εβδομάδες. Μετά βγαίνει από τη χειμερία νάρκη για λίγες ώρες και μετά αποκοιμιέται ξανά. Χωρίς να μπούμε σε βιοχημικές λεπτομέρειες, ας πούμε ότι ξυπνάει για να κατουρήσει και να τεντωθεί.
Ένας παγωμένος επίγειος σκίουρος ζει σε αργή κίνηση: ο καρδιακός του ρυθμός πέφτει από 200-300 σε 1-4 παλμούς ανά λεπτό, επεισοδιακή αναπνοή - 5-10 αναπνοές και στη συνέχεια η πλήρης απουσία τους για μια ώρα. Η παροχή αίματος στον εγκέφαλο μειώνεται κατά περίπου 90%. Ένας συνηθισμένος άνθρωπος δεν μπορεί να επιβιώσει κάτι τέτοιο. Δεν μπορεί καν να γίνει σαν μια αρκούδα, της οποίας η θερμοκρασία πέφτει αρκετά κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης - από 37 σε 34-31 βαθμούς. Αυτοί οι τρεις έως πέντε βαθμοί θα ήταν αρκετοί για εμάς: το σώμα θα είχε αγωνιστεί για το δικαίωμα να διατηρήσει τον καρδιακό ρυθμό, τον ρυθμό αναπνοής και να αποκαταστήσει τη φυσιολογική θερμοκρασία του σώματος για αρκετές ακόμη ώρες, αλλά όταν εξαντληθούν οι ενεργειακοί πόροι, ο θάνατος είναι αναπόφευκτος.
μαλλιαρή πατάτα
Ξέρεις πώς μοιάζει ένα γοφάρι όταν κοιμάται; ρωτά ο Zarif Amirkhanov, ανώτερος ερευνητής στο Ινστιτούτο Κυτταρικής Βιοφυσικής. «Σαν πατάτες από το κελάρι. Σκληρό και κρύο. Μόνο γούνινο.
Εν τω μεταξύ, το γοφάρι μοιάζει με γοφάρι - ροκανίζει με χαρά σπόρους. Δεν είναι εύκολο να φανταστεί κανείς ότι αυτό το χαρούμενο πλάσμα θα μπορούσε ξαφνικά να πέσει σε λήθαργο χωρίς λόγο και να περάσει το μεγαλύτερο μέρος του έτους έτσι, και στη συνέχεια, ξανά, χωρίς κανέναν λόγο, να «ξεπέσει» από αυτή τη λήθαργο.
Ένα από τα μυστήρια της υποβίωσης είναι ότι το ζώο είναι αρκετά ικανό να ρυθμίζει την κατάστασή του από μόνο του. Μια αλλαγή στη θερμοκρασία περιβάλλοντος δεν είναι καθόλου απαραίτητη για αυτό - οι λεμούριοι από τη Μαδαγασκάρη πέφτουν σε χειμερία νάρκη. Μια φορά το χρόνο βρίσκουν μια κοιλότητα, βουλώνουν την είσοδο και πάνε για επτά μήνες για ύπνο, κατεβάζοντας τη θερμοκρασία του σώματός τους στους +10 βαθμούς. Και στο δρόμο την ίδια ώρα όλα τα ίδια +30. Μερικοί επίγειοι σκίουροι, για παράδειγμα, του Τουρκεστάν, μπορούν επίσης να αδρανοποιήσουν στη ζέστη. Δεν είναι τόσο η θερμοκρασία γύρω, αλλά ο μεταβολισμός μέσα: ο μεταβολικός ρυθμός πέφτει κατά 60-70%.
«Βλέπετε, αυτή είναι μια εντελώς διαφορετική κατάσταση του σώματος», λέει ο Ζαρίφ. – Η θερμοκρασία του σώματος πέφτει όχι ως αιτία, αλλά ως συνέπεια. Ένας άλλος ρυθμιστικός μηχανισμός ενεργοποιείται. Οι λειτουργίες δεκάδων πρωτεϊνών αλλάζουν, τα κύτταρα σταματούν να διαιρούνται, γενικά, το σώμα αναδομείται πλήρως σε λίγες ώρες. Και μετά στις ίδιες λίγες ώρες ξαναχτίζεται ξανά. Χωρίς εξωτερικές επιρροές.
Καυσόξυλα και σόμπα
Η μοναδικότητα της αδρανοποίησης είναι ότι το ζώο μπορεί πρώτα να κρυώσει και μετά να ζεσταθεί χωρίς εξωτερική βοήθεια. Το ερώτημα είναι πώς;
«Είναι πολύ απλό», λέει η Lyudmila Kramarova. «Καφέ λιπώδης ιστός, έχετε ακούσει;
Όλα τα θερμόαιμα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, έχουν αυτό το μυστηριώδες καφέ λίπος. Επιπλέον, στα βρέφη είναι πολύ περισσότερο από ότι σε έναν ενήλικα. Για πολύ καιρό, ο ρόλος του στο σώμα ήταν γενικά ακατανόητος. Στην πραγματικότητα, υπάρχει συνηθισμένο λίπος, γιατί και καφέ;
– Άρα, αποδείχθηκε ότι το καφέ λίπος παίζει το ρόλο της σόμπας, – εξηγεί η Λιουντμίλα, – και το λευκό λίπος είναι απλώς καυσόξυλα.
Το καφέ λίπος είναι σε θέση να ζεστάνει το σώμα από 0 έως 15 βαθμούς. Και στη συνέχεια περιλαμβάνονται και άλλα υφάσματα στο έργο. Αλλά μόνο και μόνο επειδή βρήκαμε μια σόμπα δεν σημαίνει ότι έχουμε καταλάβει πώς να την κάνουμε να λειτουργήσει.
«Πρέπει να υπάρχει κάτι που να ενεργοποιεί αυτόν τον μηχανισμό», λέει ο Ζαρίφ. – Το έργο ολόκληρου του οργανισμού αλλάζει, που σημαίνει ότι υπάρχει ένα συγκεκριμένο κέντρο που ελέγχει και εκτοξεύει όλα αυτά.
Ο Αριστοτέλης κληροδότησε να μελετήσει τη χειμερία νάρκη. Δεν μπορεί να ειπωθεί ότι η επιστήμη κάνει ακριβώς αυτό εδώ και 2500 χρόνια. Σοβαρά αυτό το πρόβλημα άρχισε να εξετάζεται μόλις πριν από 50 χρόνια. Το κύριο ερώτημα είναι: τι στο σώμα ενεργοποιεί τον μηχανισμό αδρανοποίησης; Αν το βρούμε, θα καταλάβουμε πώς λειτουργεί, και αν καταλάβουμε πώς λειτουργεί, θα μάθουμε πώς να προκαλέσουμε αδρανοποίηση σε άτομα που δεν κοιμούνται. Στην ιδανική περίπτωση, είμαστε μαζί σας. Αυτή είναι η λογική της επιστήμης. Ωστόσο, με την υποβίωση, η φυσιολογική λογική δεν λειτούργησε.
Όλα ξεκίνησαν από το τέλος. Το 1952, ο Γερμανός ερευνητής Κρολ δημοσίευσε τα αποτελέσματα ενός συγκλονιστικού πειράματος. Εισάγοντας ένα εκχύλισμα από τον εγκέφαλο κοιμισμένων χάμστερ, σκαντζόχοιρων και νυχτερίδων στο σώμα γατών και σκύλων, προκάλεσε μια κατάσταση υποβίωσης σε μη κοιμισμένα ζώα. Όταν το πρόβλημα άρχισε να αντιμετωπίζεται πιο προσεκτικά, αποδείχθηκε ότι ο παράγοντας υποβίωση δεν περιέχεται μόνο στον εγκέφαλο, αλλά γενικά σε οποιοδήποτε όργανο ενός ζώου σε χειμερία νάρκη. Οι αρουραίοι έπεφταν υπάκουα σε χειμερία νάρκη εάν τους έκαναν ένεση με πλάσμα αίματος, εκχυλίσματα στομάχου και ακόμη και μόνο ούρα από κοιμισμένους σκίουρους. Από ένα ποτήρι γοφάρι ούρα αποκοιμήθηκαν και οι πίθηκοι. Το αποτέλεσμα αναπαράγεται με συνέπεια. Ωστόσο, αρνείται κατηγορηματικά να αναπαραχθεί σε όλες τις προσπάθειες απομόνωσης μιας συγκεκριμένης ουσίας: τα ούρα ή το αίμα προκαλούν υποβίωση, αλλά τα συστατικά τους χωριστά όχι. Ούτε επίγειοι σκίουροι, ούτε λεμούριοι, ούτε, γενικά, κανένας από τους χειμερινούς ύπνους στο σώμα βρέθηκε κάτι που θα τους ξεχώριζε από όλους τους άλλους.
Η αναζήτηση του παράγοντα υποβίωσης συνεχίζεται εδώ και 50 χρόνια, αλλά το αποτέλεσμα είναι σχεδόν μηδενικό. Δεν έχουν βρεθεί ούτε τα γονίδια που ευθύνονται για τη χειμερία νάρκη ούτε οι ουσίες που την προκαλούν. Δεν είναι σαφές ποιο όργανο ευθύνεται για αυτήν την κατάσταση. Διάφορα πειράματα περιελάμβαναν τα επινεφρίδια, την υπόφυση, τον υποθάλαμο και τον θυρεοειδή αδένα στη λίστα των «ύποπτων», αλλά κάθε φορά αποδεικνύονταν ότι ήταν απλώς συμμετέχοντες στη διαδικασία, αλλά όχι οι εμπνευστές της.
«Είναι σαφές ότι μακριά από ολόκληρο το φάσμα των ουσιών που βρίσκονται σε αυτό το βρώμικο κλάσμα είναι αποτελεσματικό», λέει η Lyudmila Kramarova. — Λοιπόν, έστω και μόνο επειδή τα έχουμε κυρίως. Χιλιάδες πρωτεΐνες και πεπτίδια υπεύθυνα για τη ζωή μας με τους αλεσμένους σκίουρους έχουν μελετηθεί. Αλλά κανένα από αυτά – άμεσα, τουλάχιστον – δεν συνδέεται με την αδρανοποίηση.
Έχει εξακριβωθεί επακριβώς ότι μόνο η συγκέντρωση των ουσιών αλλάζει στο σώμα ενός γοφάρι που κοιμάται, αλλά το αν κάτι νέο σχηματίζεται εκεί είναι ακόμα άγνωστο. Όσο προχωρούν οι επιστήμονες, τόσο περισσότερο τείνουν να πιστεύουν ότι το πρόβλημα δεν είναι ο μυστηριώδης «παράγοντας ύπνου».
«Πιθανότατα, πρόκειται για μια σύνθετη αλληλουχία βιοχημικών γεγονότων», λέει η Kramarova. – Ίσως ένα κοκτέιλ να ενεργεί, δηλαδή ένα μείγμα συγκεκριμένου αριθμού ουσιών σε μια συγκεκριμένη συγκέντρωση. Ίσως είναι ένας καταρράκτης. Δηλαδή, η σταθερή επίδραση ενός αριθμού ουσιών. Επιπλέον, πιθανότατα, πρόκειται για γνωστές πρωτεΐνες που έχουν όλοι.
Αποδεικνύεται ότι η αδρανοποίηση είναι μια εξίσωση με όλα τα γνωστά. Όσο πιο απλό είναι, τόσο πιο δύσκολο είναι να λυθεί.
Πλήρες χάος
Με την ικανότητα να χειμωνιάζει, η φύση έκανε ένα πλήρες χάος. Η διατροφή των μωρών με γάλα, η ωοτοκία, η διατήρηση μιας σταθερής θερμοκρασίας σώματος – αυτές οι ιδιότητες κρέμονται τακτοποιημένα στα κλαδιά του εξελικτικού δέντρου. Και η υποβίωση μπορεί να εκδηλωθεί ξεκάθαρα σε ένα είδος και ταυτόχρονα να απουσιάζει εντελώς στον πλησιέστερο συγγενή του. Για παράδειγμα, οι μαρμότες και οι αλεσμένοι σκίουροι από την οικογένεια των σκίουρων κοιμούνται στα βιζόν τους για έξι μήνες. Και οι ίδιοι οι σκίουροι δεν σκέφτονται να αποκοιμηθούν ούτε τον πιο βαρύ χειμώνα. Αλλά μερικές νυχτερίδες (νυχτερίδες), εντομοφάγα (σκαντζόχοιροι), μαρσιποφόρα και πρωτεύοντα θηλαστικά (λεμούριοι) πέφτουν σε χειμερία νάρκη. Αλλά δεν είναι καν δεύτερα ξαδέρφια των γοφών.
Μερικά πουλιά, ερπετά, έντομα κοιμούνται. Γενικά, δεν είναι πολύ ξεκάθαρο σε ποια βάση τους επέλεξε η φύση, και όχι οι άλλοι, ως χειμερινά. Και διάλεξε; Ακόμη και εκείνα τα είδη που δεν είναι καθόλου εξοικειωμένα με τη χειμερία νάρκη, υπό ορισμένες προϋποθέσεις, μαντεύουν εύκολα τι είναι. Για παράδειγμα, ο σκύλος λιβάδι με μαύρη ουρά (οικογένεια τρωκτικών) αποκοιμιέται σε εργαστηριακό περιβάλλον εάν στερηθεί νερό και φαγητό και τοποθετηθεί σε ένα σκοτεινό, κρύο δωμάτιο.
Φαίνεται ότι η λογική της φύσης βασίζεται ακριβώς σε αυτό: εάν ένα είδος χρειάζεται να επιβιώσει την εποχή της πείνας για να επιβιώσει, έχει μια επιλογή με την υποβίωση σε εφεδρεία.
«Φαίνεται ότι έχουμε να κάνουμε με έναν αρχαίο ρυθμιστικό μηχανισμό, ο οποίος είναι εγγενής σε οποιοδήποτε ζωντανό πλάσμα γενικά», σκέφτεται δυνατά ο Ζαρίφ. – Και αυτό μας οδηγεί σε μια παράδοξη σκέψη: δεν είναι παράξενο που κοιμούνται τα γοφάρια. Το περίεργο είναι ότι εμείς οι ίδιοι δεν πέφτουμε σε χειμερία νάρκη. Ίσως θα ήμασταν αρκετά ικανοί για υποβίωση αν όλα στην εξέλιξη εξελισσόντουσαν σε ευθεία γραμμή, δηλαδή σύμφωνα με την αρχή της προσθήκης νέων ποιοτήτων διατηρώντας τις παλιές.
Ωστόσο, σύμφωνα με τους επιστήμονες, ένα άτομο σε σχέση με τη χειμερία νάρκη δεν είναι εντελώς απελπισμένο. Οι Αβορίγινες Αυστραλοί, οι δύτες μαργαριταριών, οι Ινδοί γιόγκι μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τις φυσιολογικές λειτουργίες του σώματος. Αφήστε αυτή την ικανότητα να επιτευχθεί με μακρά προπόνηση, αλλά επιτυγχάνεται! Μέχρι στιγμής, κανένας επιστήμονας δεν έχει καταφέρει να βάλει ένα άτομο σε πλήρη αδρανοποίηση. Η νάρκωση, ο λήθαργος ύπνος, το κώμα είναι καταστάσεις κοντά στην υποβίωση, αλλά έχουν διαφορετική βάση και εκλαμβάνονται ως παθολογία.
Τα πειράματα για την εισαγωγή ενός ατόμου σε χειμερία νάρκη θα ξεκινήσουν σύντομα οι Ουκρανοί γιατροί. Η μέθοδος που ανέπτυξαν βασίζεται σε δύο παράγοντες: υψηλά επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα και χαμηλές θερμοκρασίες. Ίσως αυτά τα πειράματα να μην μας επιτρέψουν να κατανοήσουμε πλήρως τη φύση της αδρανοποίησης, αλλά τουλάχιστον να μετατρέψουν την υποβίωση σε μια ολοκληρωμένη κλινική διαδικασία.
Ο ασθενής στέλνεται για ύπνο
Κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης, το γοφάρι δεν φοβάται όχι μόνο το κρύο, αλλά και τις κύριες ασθένειες του γοφού: ισχαιμία, λοιμώξεις και ογκολογικές ασθένειες. Από την πανούκλα, ένα ξύπνιο ζώο πεθαίνει σε μια μέρα, και αν μολυνθεί σε κατάσταση υπνηλία, δεν το νοιάζει. Υπάρχουν τεράστιες ευκαιρίες για τους γιατρούς. Η ίδια αναισθησία δεν είναι η πιο ευχάριστη κατάσταση για τον οργανισμό. Γιατί να μην το αντικαταστήσετε με μια πιο φυσική αδρανοποίηση;
Φανταστείτε την κατάσταση: ο ασθενής είναι στα πρόθυρα ζωής και θανάτου, το ρολόι μετράει. Και συχνά αυτές οι ώρες δεν είναι αρκετές για να γίνει μια επέμβαση ή να βρεθεί ένας δότης. Και σε χειμερία νάρκη, σχεδόν κάθε ασθένεια αναπτύσσεται όπως σε αργή κίνηση, και δεν μιλάμε πλέον για ώρες, αλλά για ημέρες, ή και εβδομάδες. Αν αφήσετε ελεύθερα τη φαντασία σας, μπορείτε να φανταστείτε πόσο απελπισμένοι ασθενείς βυθίζονται σε μια κατάσταση υποβίωσης με την ελπίδα ότι κάποια μέρα θα βρεθούν τα απαραίτητα μέσα για τη θεραπεία τους. Οι εταιρείες που ασχολούνται με τα κρυονικά κάνουν κάτι παρόμοιο, μόνο που παγώνουν ένα ήδη νεκρό άτομο και δεν είναι ρεαλιστικό να αποκατασταθεί ένας οργανισμός που έχει παραμείνει για δέκα χρόνια σε υγρό άζωτο.
Ο μηχανισμός της αδρανοποίησης μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση μιας ποικιλίας παθήσεων. Για παράδειγμα, ο Βούλγαρος επιστήμονας Veselin Denkov στο βιβλίο του «On the Edge of Life» προτείνει να δοθεί προσοχή στη βιοχημεία μιας αρκούδας που κοιμάται: «Εάν οι επιστήμονες καταφέρουν να αποκτήσουν στην καθαρή της μορφή μια ουσία (πιθανώς μια ορμόνη) που εισέρχεται στο σώμα από τον υποθάλαμο των αρκούδων, με τη βοήθεια του οποίου ρυθμίζονται οι διαδικασίες της ζωής κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης, τότε θα είναι σε θέση να θεραπεύσουν με επιτυχία άτομα που πάσχουν από νεφρική νόσο.
Μέχρι στιγμής, οι γιατροί είναι πολύ επιφυλακτικοί σχετικά με την ιδέα της χρήσης αδρανοποίησης. Ακόμα, είναι επικίνδυνο να αντιμετωπίζεις ένα φαινόμενο που δεν είναι πλήρως κατανοητό.