Na stotine živalskih vrst lahko prezimi. Stopnja metabolizma v njihovih organizmih se desetkrat zmanjša. Ne morejo jesti in komaj dihajo. To stanje je še vedno ena največjih znanstvenih skrivnosti. Rešitev bi lahko vodila do prebojev na številnih področjih, od onkologije do vesoljskih poletov. Znanstveniki hočejo človeka prisiliti v hibernacijo.
»Eno leto sem delala na Švedskem in eno leto nisem mogla pripraviti lubadarja, da bi zaspali,« priznava Ljudmila Kramarova, višja raziskovalka na Inštitutu za teoretično in eksperimentalno biofiziko Ruske akademije znanosti (Puščino).
Na Zahodu so pravice laboratorijskih živali podrobno opredeljene – Deklaracija o človekovih pravicah počiva. Toda poskusov o preučevanju hibernacije ni mogoče izvesti.
– Vprašanje je, zakaj naj spijo, če je v goferju toplo in siti iz trebuha? Gopherji niso neumni. Tukaj v našem laboratoriju bi hitro zaspali pri meni!
Najbolj prijazna Ljudmila Ivanovna strogo trka s prstom po mizi in govori o laboratorijskem gofu, ki je živel pri njej. "Susya!" je zaklicala z vrat. "Plačaj-plačaj!" – je odgovoril lubadar, ki ga na splošno ne ukrotijo. Ta Susya ni zaspala niti enkrat v treh letih doma. Pozimi, ko se je v stanovanju občutno ohladilo, je zlezel pod radiator in si grel glavo. "Zakaj?" vpraša Ljudmila Ivanovna. Je morda regulacijski center za hibernacijo nekje v možganih? Znanstveniki še ne vedo. Narava zimskega spanja je ena glavnih skrivnosti sodobne biologije.
Začasna smrt
Zahvaljujoč Microsoftu je naš jezik obogaten še z eno modno besedo – mirovanje. To je ime načina, v katerem Windows Vista vstopi v računalnik, da zmanjša porabo energije. Zdi se, da je stroj izklopljen, vendar so vsi podatki shranjeni hkrati: pritisnil sem gumb - in vse je delovalo, kot da se ni nič zgodilo. Enako se dogaja z živimi organizmi. Na tisoče različnih vrst – od primitivnih bakterij do naprednih lemurjev – je sposobnih začasno »umreti«, kar znanstveno imenujemo hibernacija ali hipobioza.
Klasičen primer so lubadarji. Kaj veš o lubadarjih? Običajni takšni glodalci iz družine veveric. Sami kopljejo kune, jedo travo, se razmnožujejo. Ko pride zima, gredo lubadarji pod zemljo. Tu se z znanstvenega vidika zgodi najbolj zanimivo. Gopher hibernacija lahko traja do 8 mesecev. Na površini zmrzal včasih doseže -50, luknja zmrzne do -5. Nato temperatura okončin živali pade na -2, notranjih organov pa na -2,9 stopinje. Mimogrede, med prezimovanjem gopher spi v vrsti le tri tedne. Nato za nekaj ur pride iz zimskega spanja, nato pa spet zaspi. Ne da bi se spuščali v biokemične podrobnosti, recimo, da se zbudi, da bi polulal in se pretegnil.
Zamrznjena zemeljska veverica živi v počasnem posnetku: njen srčni utrip pade z 200-300 na 1-4 utripe na minuto, epizodno dihanje - 5-10 vdihov in nato njihova popolna odsotnost eno uro. Oskrba možganov s krvjo se zmanjša za približno 90%. Česa podobnega navaden človek ne more preživeti. Ne more postati niti podoben medvedu, ki mu temperatura med zimskim spanjem precej pade – s 37 na 34-31 stopinj. Teh tri do pet stopinj bi nam zadostovalo: telo bi se še nekaj ur borilo za pravico ohraniti srčni utrip, ritem dihanja in vzpostaviti normalno telesno temperaturo, a ko zmanjka energijskih virov, je smrt neizogibna.
dlakavi krompir
Ali veste, kako izgleda lubadar, ko spi? sprašuje Zarif Amirkhanov, višji raziskovalec na Inštitutu za celično biofiziko. »Kot krompir iz kleti. Trdo in hladno. Samo krzneni.
Medtem lubadar izgleda kot lubadar – veselo grizlja semena. Težko si je predstavljati, da lahko to veselo bitje kar naenkrat brez razloga zapade v omamo in tako preživi večji del leta, nato pa spet brez razloga "pade" iz te omame.
Ena od skrivnosti hipobioze je, da je žival povsem sposobna sama uravnavati svoje stanje. Za to sploh ni potrebna sprememba temperature okolja - lemurji z Madagaskarja padejo v hibernacijo. Enkrat na leto najdejo vdolbino, zamašijo vhod in gredo v posteljo za sedem mesecev, pri čemer znižajo telesno temperaturo na +10 stopinj. In na ulici hkrati vse isto +30. Nekatere zemeljske veverice, na primer turkestanske, lahko tudi prezimijo v vročini. Ne gre toliko za temperaturo okolice, ampak za notranji metabolizem: stopnja metabolizma pade za 60-70%.
»Vidite, to je popolnoma drugačno stanje telesa,« pravi Zarif. – Padec telesne temperature ne kot vzrok, ampak kot posledica. Aktivira se še en regulatorni mehanizem. Funkcije več deset beljakovin se spremenijo, celice se prenehajo deliti, na splošno se telo v nekaj urah popolnoma obnovi. In potem se v istih nekaj urah ponovno zgradi. Brez zunanjih vplivov.
Drva in peč
Edinstvenost zimskega spanja je, da se lahko žival najprej ohladi in nato ogreje brez zunanje pomoči. Vprašanje je, kako?
"Zelo preprosto je," pravi Lyudmila Kramarova. »Rjavo maščobno tkivo, ste slišali?
Vse toplokrvne živali, vključno z ljudmi, imajo to skrivnostno rjavo maščobo. Poleg tega je pri dojenčkih veliko več kot pri odraslih. Dolgo časa je bila njegova vloga v telesu nasploh nerazumljiva. Pravzaprav obstaja navadna maščoba, zakaj tudi rjava?
– Tako se je izkazalo, da rjava maščoba igra vlogo peči, – pojasnjuje Ljudmila, – bela maščoba pa je samo drva.
Rjava maščoba lahko segreje telo od 0 do 15 stopinj. In potem so v delo vključene druge tkanine. Toda samo zato, ker smo našli peč, še ne pomeni, da smo ugotovili, kako jo pripraviti.
"Nekaj mora vklopiti ta mehanizem," pravi Zarif. – Spreminja se delo celotnega organizma, kar pomeni, da obstaja nek center, ki vse to nadzoruje in poganja.
Aristotel je zapustil preučevanje zimskega spanja. Ni mogoče reči, da znanost to počne že 2500 let. Resno se je ta problem začel obravnavati šele pred 50 leti. Glavno vprašanje je: kaj v telesu sproži mehanizem hibernacije? Če ga najdemo, bomo razumeli, kako deluje, in če bomo razumeli, kako deluje, se bomo naučili, kako pri nespečih povzročiti hibernacijo. V idealnem primeru smo z vami. To je logika znanosti. Pri hipobiozi pa normalna logika ni delovala.
Vse se je začelo od konca. Leta 1952 je nemški raziskovalec Kroll objavil rezultate senzacionalnega poskusa. Z vnosom izvlečka možganov spečih hrčkov, ježev in netopirjev v telo mačk in psov je pri nespečih živalih povzročil stanje hipobioze. Ko se je problem začel podrobneje ukvarjati, se je izkazalo, da faktor hipobioze ni le v možganih, ampak na splošno v katerem koli organu hibernirajoče živali. Podgane so poslušno hibernirale, če so jim vbrizgali krvno plazmo, želodčne izvlečke in celo samo urin spečih zemeljskih veveric. Iz kozarca lubadarja so zaspale tudi opice. Učinek se dosledno ponavlja. Vendar pa kategorično zavrača razmnoževanje pri vseh poskusih izolacije določene snovi: urin ali kri povzročata hipobiozo, njune komponente ločeno pa ne. Niti zemeljske veverice, niti lemurji, niti na splošno noben od hibernatorjev v telesu niso našli ničesar, kar bi jih razlikovalo od vseh drugih.
Iskanje faktorja hipobioze poteka že 50 let, rezultat pa je skoraj nič. Najdeni niso niti geni, odgovorni za hibernacijo, niti snovi, ki jo povzročajo. Ni jasno, kateri organ je odgovoren za to stanje. Različni poskusi so na seznam »osumljencev« uvrstili nadledvične žleze, hipofizo, hipotalamus in ščitnico, vendar se je vsakič izkazalo, da so le udeleženci v procesu, ne pa njegovi pobudniki.
"Jasno je, da še zdaleč ni celoten nabor snovi, ki so v tej umazani frakciji, učinkovit," pravi Lyudmila Kramarova. — No, že zato, ker jih večinoma tudi imamo. Raziskanih je bilo na tisoče beljakovin in peptidov, ki so odgovorni za naše življenje s zemeljskimi vevericami. A nobeden od njih – vsaj neposredno – ni povezan z zimskim spanjem.
Natančno je bilo ugotovljeno, da se v telesu spečega lubadarja spremeni le koncentracija snovi, ali pa tam nastane kaj novega, še ni znano. Bolj ko znanstveniki napredujejo, bolj se nagibajo k mnenju, da težava ni v skrivnostnem »faktorju spanja«.
"Najverjetneje gre za kompleksno zaporedje biokemičnih dogodkov," pravi Kramarova. – Morda deluje koktajl, torej mešanica določenega števila snovi v določeni koncentraciji. Mogoče je kaskada. To je dosleden učinek številnih snovi. Še več, najverjetneje gre za že dolgo znane beljakovine, ki jih imajo vsi.
Izkazalo se je, da je hibernacija enačba z vsemi znanimi. Bolj preprosto kot je, težje ga je rešiti.
Popoln kaos
S sposobnostjo zimskega spanja je narava naredila popolno zmešnjavo. Hranjenje dojenčkov z mlekom, odlaganje jajc, vzdrževanje stalne telesne temperature – te lastnosti so lepo obešene na vejah evolucijskega drevesa. In hipobioza se lahko jasno manifestira pri eni vrsti in je hkrati popolnoma odsotna pri najbližjem sorodniku. Na primer, svizci in zemeljske veverice iz družine veveric spijo v kunah šest mesecev. In same veverice ne mislijo zaspati niti v najhujši zimi. Toda nekateri netopirji (netopirji), žužkojedi (ježi), vrečarji in primati (lemurji) padejo v zimsko spanje. Vendar niso niti drugi bratranci gopherjev.
Nekatere ptice, plazilci, žuželke spijo. Na splošno ni jasno, na podlagi česa jih je narava izbrala za prezimovalce in ne drugih. In ali je izbrala? Tudi tiste vrste, ki zimskega spanja sploh ne poznajo, pod določenimi pogoji zlahka uganijo, za kaj gre. Na primer, črnorepi prerijski pes (družina glodalcev) zaspi v laboratoriju, če mu odvzamejo vodo in hrano ter ga postavijo v temno, hladno sobo.
Zdi se, da logika narave temelji prav na tem: če mora vrsta za preživetje preživeti sezono stradanja, ima v rezervi možnost s hipobiozo.
»Zdi se, da imamo opravka s starodavnim regulacijskim mehanizmom, ki je lasten vsakemu živemu bitju nasploh,« na glas razmišlja Zarif. – In to nas pripelje do paradoksalne misli: ni čudno, da lubadar spi. Nenavadno je, da sami ne spimo v zimskem spanju. Morda bi bili hipobioze kar sposobni, če bi se vse v evoluciji razvijalo premočrtno, torej po principu dodajanja novih lastnosti ob ohranjanju starih.
Vendar pa po mnenju znanstvenikov oseba v zvezi s hibernacijo ni povsem brezupna. Avstralski aborigini, lovci na bisere, indijski jogiji lahko zmanjšajo fiziološke funkcije telesa. Naj bo ta veščina dosežena z dolgim treningom, vendar je dosežena! Doslej še nobenemu znanstveniku ni uspelo človeka spraviti v popolno hibernacijo. Narkoza, letargični spanec, koma so stanja, ki so blizu hipobiozi, vendar imajo drugačno osnovo in se dojemajo kot patologija.
Ukrajinski zdravniki bodo kmalu začeli poskuse za uvedbo osebe v stanje mirovanja. Metoda, ki so jo razvili, temelji na dveh dejavnikih: visoki ravni ogljikovega dioksida v zraku in nizkih temperaturah. Morda nam ti poskusi ne bodo omogočili, da bi v celoti razumeli naravo hibernacije, ampak vsaj spremenili hipobiozo v polnopravni klinični postopek.
Pacient je poslan spat
V času zimskega spanja se gopher ne boji le mraza, ampak tudi glavnih bolezni gopherja: ishemije, okužb in onkoloških bolezni. Od kuge budna žival pogine v enem dnevu, in če je okužena v zaspanem stanju, ji je vseeno. Priložnosti za zdravnike je ogromno. Ista anestezija ni najbolj prijetno stanje za telo. Zakaj ga ne bi nadomestili z bolj naravnim zimskim spanjem?
Predstavljajte si situacijo: bolnik je na robu življenja in smrti, ura šteje. In pogosto te ure niso dovolj za izvedbo operacije ali iskanje darovalca. In v zimskem spanju se skoraj vsaka bolezen razvije kot v počasnem posnetku in ne govorimo več o urah, ampak o dnevih ali celo tednih. Če daste domišljiji prosto pot, si lahko predstavljate, kako brezupni bolniki so potopljeni v stanje hipobioze v upanju, da se bodo nekega dne našli sredstva, potrebna za njihovo zdravljenje. Podjetja, ki se ukvarjajo s krioniko, počnejo nekaj podobnega, le da zamrznejo že mrtvega človeka in je težko obnoviti organizem, ki je deset let ležal v tekočem dušiku.
Mehanizem hibernacije lahko pomaga razumeti različne bolezni. Na primer, bolgarski znanstvenik Veselin Denkov v svoji knjigi »Na robu življenja« predlaga, da smo pozorni na biokemijo spečega medveda: »Če znanstvenikom uspe pridobiti v čisti obliki snov (verjetno hormon), ki vstopi v telo, iz hipotalamusa medvedov, s pomočjo katerega se med zimskim spanjem uravnavajo življenjski procesi, potem bodo lahko uspešno zdravili ljudi z boleznimi ledvic.
Zaenkrat so zdravniki zelo previdni glede ideje o uporabi hibernacije. Kljub temu se je nevarno ukvarjati s pojavom, ki ni povsem razumljen.