Stotine životinjskih vrsta mogu hibernirati. Brzina metabolizma u njihovim organizmima je deset puta smanjena. Ne mogu da jedu i teško dišu. Ovo stanje je i dalje jedna od najvećih naučnih misterija. Njegovo rješavanje moglo bi dovesti do prodora u mnogim područjima, od onkologije do svemirskih letova. Naučnici žele da nateraju osobu da hibernira.
„Radila sam u Švedskoj godinu dana i godinu dana nisam mogla da nateram gofove da zaspu“, priznaje Ljudmila Kramarova, viši istraživač na Institutu za teorijsku i eksperimentalnu biofiziku Ruske akademije nauka (Puščino).
Na Zapadu su prava laboratorijskih životinja detaljna – počiva Deklaracija o ljudskim pravima. Ali eksperimenti na proučavanju hibernacije ne mogu se izvoditi.
– Pitanje je zašto bi spavali ako je toplo u kućici gofera i hranjeno iz stomaka? Gopherovi nisu glupi. Ovdje u našoj laboratoriji, brzo bi zaspali sa mnom!
Najljubaznija Ljudmila Ivanovna strogo lupka prstom po stolu i priča o laboratorijskom goferu koji je živeo kod nje. “Susya!” doviknula je sa vrata. “Plati-plati!” – odgovorio je gofer, koji uglavnom nije pripitomljen. Ova Susja nije zaspala ni jednom u tri godine kod kuće. Zimi, kada je u stanu bilo osetno hladnije, penjao se ispod radijatora i grejao glavu. "Zašto?" pita Ljudmila Ivanovna. Možda je regulatorni centar hibernacije negdje u mozgu? Naučnici još ne znaju. Priroda hibernacije jedna je od glavnih intriga u modernoj biologiji.
Privremena smrt
Zahvaljujući Microsoftu, naš jezik je obogaćen još jednom popularnom riječi – hibernacijom. Ovo je naziv režima u kojem Windows Vista ulazi u računar kako bi se smanjila potrošnja energije. Čini se da je mašina isključena, ali svi podaci su sačuvani u isto vrijeme: pritisnuo sam dugme – i sve je radilo kao da se ništa nije dogodilo. Ista stvar se dešava i sa živim organizmima. Hiljade različitih vrsta - od primitivnih bakterija do naprednih lemura - mogu privremeno "umrijeti", što se znanstveno naziva hibernacija ili hipobioza.
Klasičan primjer su gofovi. Šta znaš o gofovima? Normalni takvi glodari iz porodice vjeverica. Kopaju svoje kune, jedu travu, razmnožavaju se. Kada dođe zima, goferi odlaze pod zemlju. Tu se, sa naučne tačke gledišta, dešava najzanimljivije. Gopher hibernacija može trajati do 8 mjeseci. Na površini mraz ponekad doseže -50, rupa se smrzava do -5. Tada temperatura udova životinja pada na -2, a unutrašnjih organa na -2,9 stepeni. Inače, tokom zimovanja, gofer spava zaredom samo tri sedmice. Zatim izlazi iz hibernacije na nekoliko sati, a zatim ponovo zaspi. Ne ulazeći u biohemijske detalje, recimo da se budi da piški i proteže se.
Smrznuta vjeverica živi usporeno: broj otkucaja srca joj pada sa 200-300 na 1-4 otkucaja u minuti, epizodično disanje - 5-10 udisaja, a zatim njihovo potpuno odsustvo sat vremena. Dotok krvi u mozak je smanjen za oko 90%. Običan čovjek ne može preživjeti ništa slično ovome. Ne može čak ni da postane poput medveda, čija temperatura prilično pada tokom hibernacije – sa 37 na 34-31 stepen. Ovih tri do pet stepeni bi nam bilo dovoljno: tijelo bi se izborilo za pravo da održi otkucaje srca, ritam disanja i povrati normalnu tjelesnu temperaturu još nekoliko sati, ali kada ponestane energetskih resursa, smrt je neizbježna.
dlakavi krompir
Znate li kako izgleda gopher kada spava? pita Zarif Amirkhanov, viši istraživač na Institutu za biofiziku ćelije. „Kao krompir iz podruma. Tvrdo i hladno. Samo krzneni.
U međuvremenu, gofer liči na gofera – veselo grizu sjemenke. Nije lako zamisliti da bi ovo veselo stvorenje moglo odjednom bez razloga pasti u omamljenost i tako provesti veći dio godine, a zatim, opet, bez ikakvog razloga, „ispasti“ iz ove omamljenosti.
Jedna od misterija hipobioze je da je životinja sasvim sposobna sama regulirati svoje stanje. Promjena temperature okoline za to uopće nije potrebna - lemuri s Madagaskara padaju u hibernaciju. Jednom godišnje pronađu udubljenje, zapuše ulaz i odlaze na spavanje na sedam mjeseci, snižavajući tjelesnu temperaturu na +10 stepeni. A na ulici u isto vrijeme sve isto +30. Neke vjeverice, na primjer, turkestanske, također mogu prezimiti na vrućini. Ne radi se toliko o temperaturi okolo, već o metabolizmu unutra: brzina metabolizma opada za 60-70%.
“Vidite, ovo je potpuno drugačije stanje tijela”, kaže Zarif. – Pad tjelesne temperature ne kao uzrok, već kao posljedica. Aktiviran je još jedan regulatorni mehanizam. Funkcije desetina proteina se mijenjaju, stanice prestaju da se dijele, općenito se tijelo potpuno obnavlja za nekoliko sati. A onda je za istih nekoliko sati ponovo izgrađen. Bez spoljnih uticaja.
Drva za ogrjev i peć
Jedinstvenost hibernacije je u tome što se životinja može prvo ohladiti, a zatim zagrijati bez vanjske pomoći. Pitanje je kako?
„Vrlo je jednostavno“, kaže Ljudmila Kramarova. „Smeđe masno tkivo, jeste li čuli?
Sve toplokrvne životinje, uključujući i ljude, imaju ovu misterioznu smeđu mast. Štaviše, kod dojenčadi je mnogo više nego kod odrasle osobe. Dugo vremena njegova uloga u tijelu bila je općenito neshvatljiva. U stvari, postoji obična mast, zašto i smeđa?
– Dakle, ispostavilo se da smeđa mast igra ulogu peći, – objašnjava Ljudmila, – a bela mast je samo drvo za ogrev.
Smeđa mast je u stanju da zagreje telo od 0 do 15 stepeni. A onda se u rad uključuju i druge tkanine. Ali samo zato što smo pronašli peć ne znači da smo shvatili kako da to učinimo.
"Mora postojati nešto što uključuje ovaj mehanizam", kaže Zarif. – Menja se rad celog organizma, što znači da postoji određeni centar koji sve to kontroliše i pokreće.
Aristotel je zavještao proučavanje hibernacije. Ne može se reći da nauka radi upravo to od 2500 godina. Ozbiljno se ovaj problem počeo razmatrati tek prije 50 godina. Glavno pitanje je: šta u tijelu pokreće mehanizam hibernacije? Ako ga pronađemo, razumjet ćemo kako funkcionira, a ako shvatimo kako funkcionira, naučit ćemo kako da izazovemo hibernaciju kod osoba koje ne spavaju. U idealnom slučaju, mi smo uz vas. To je logika nauke. Međutim, kod hipobioze normalna logika nije funkcionirala.
Sve je počelo od kraja. Godine 1952. njemački istraživač Kroll objavio je rezultate senzacionalnog eksperimenta. Unošenjem ekstrakta mozga usnulih hrčaka, ježeva i slepih miševa u tijelo mačaka i pasa izazvao je stanje hipobioze kod nespavaćih životinja. Kada se problem počeo pobliže baviti, pokazalo se da faktor hipobioze nije sadržan samo u mozgu, već općenito u bilo kojem organu životinje koja hibernira. Pacovi su poslušno hibernirali ako im se ubrizgava krvna plazma, ekstrakti želuca, pa čak i samo urin usnulih vjeverica. Od čaše gofer mokraće zaspali su i majmuni. Efekat se dosledno reprodukuje. Međutim, kategorički odbija da se reproducira u svim pokušajima izolacije određene tvari: urin ili krv uzrokuju hipobiozu, ali njihove komponente odvojeno ne. Ni vjeverica, ni lemuri, ni, općenito, bilo koji od hibernatora u tijelu nije pronađeno ništa što bi ih razlikovalo od svih ostalih.
Potraga za faktorom hipobioze traje već 50 godina, ali je rezultat gotovo nula. Nisu pronađeni ni geni odgovorni za hibernaciju niti supstance koje je uzrokuju. Nije jasno koji je organ odgovoran za ovo stanje. Razni eksperimenti uključivali su i nadbubrežne žlijezde, i hipofizu, i hipotalamus, i štitnu žlijezdu na listi “osumnjičenih”, ali se svaki put ispostavilo da su oni samo sudionici procesa, ali ne i njegovi pokretači.
„Jasno je da je daleko od čitavog spektra supstanci koje se nalaze u ovoj prljavoj frakciji efikasna“, kaže Ljudmila Kramarova. — Pa makar samo zato što ih i mi uglavnom imamo. Proučavane su hiljade proteina i peptida odgovornih za naš život sa kopnenim vjevericama. Ali nijedan od njih – barem direktno – nije povezan sa hibernacijom.
Precizno je utvrđeno da se u tijelu usnulog gofa mijenja samo koncentracija tvari, ali se još uvijek ne zna da li se tu stvara nešto novo. Što naučnici dalje napreduju, sve su skloniji da pomisle da problem nije tajanstveni „faktor spavanja“.
„Najvjerovatnije se radi o složenom nizu biohemijskih događaja“, kaže Kramarova. – Možda djeluje koktel, odnosno mješavina određenog broja tvari u određenoj koncentraciji. Možda je kaskada. Odnosno, konzistentan efekat niza supstanci. Štoviše, najvjerovatnije su to odavno poznati proteini koje svi imaju.
Ispostavilo se da je hibernacija jednačina sa svim poznatim. Što je jednostavnije, to je teže riješiti.
Potpuni haos
Sa mogućnošću hibernacije, priroda je napravila potpuni nered. Hranjenje beba mlekom, polaganje jaja, održavanje stalne telesne temperature – ove osobine su uredno okačene na grane evolucionog drveta. A hipobioza se može jasno manifestirati kod jedne vrste, a istovremeno biti potpuno odsutna u svom najbližem srodniku. Na primjer, svizci i vjeverice iz porodice vjeverica spavaju u svojim minkama šest mjeseci. A same vjeverice ne pomišljaju da zaspu ni u najtežoj zimi. Ali neki šišmiši (šišmiši), insektojedi (ježevi), torbari i primati (lemuri) padaju u hibernaciju. Ali oni nisu ni drugi rođaci gofovima.
Neke ptice, gmizavci, insekti spavaju. Općenito, nije baš jasno na osnovu čega ih je priroda odabrala, a ne druge, za hibernatore. I da li je izabrala? Čak i one vrste koje uopće nisu upoznate sa hibernacijom, pod određenim uvjetima, lako pogode o čemu se radi. Na primjer, crnorepi prerijski pas (porodica glodara) zaspi u laboratorijskom okruženju ako mu se uskrate voda i hrana i ako se stavi u mračnu, hladnu prostoriju.
Čini se da se logika prirode zasniva upravo na ovome: ako vrsta treba da preživi sezonu gladovanja da bi preživjela, ona ima opciju sa hipobiozom u rezervi.
„Čini se da imamo posla sa drevnim regulatornim mehanizmom, koji je svojstven svakom živom biću uopšte“, razmišlja Zarif naglas. – I to nas dovodi do paradoksalne misli: nije čudno što gofovi spavaju. Čudna stvar je da mi sami ne hiberniramo. Možda bismo bili sasvim sposobni za hipobiozu kada bi se sve u evoluciji razvijalo pravolinijski, odnosno po principu dodavanja novih kvaliteta uz zadržavanje starih.
Međutim, prema naučnicima, osoba u odnosu na hibernaciju nije sasvim beznadežna. Aboridžini Australije, ronioci bisera, indijski jogiji mogu minimizirati fiziološke funkcije tijela. Neka se ova vještina postigne dugim treningom, ali ona se postiže! Do sada nijedan naučnik nije uspeo da stavi osobu u potpunu hibernaciju. Narkoza, letargični san, koma su stanja bliska hipobiozi, ali imaju drugačiju osnovu i percipiraju se kao patologija.
Ukrajinski doktori uskoro će započeti eksperimente za uvođenje osobe u hibernaciju. Metoda koju su razvili zasniva se na dva faktora: visokom nivou ugljen-dioksida u vazduhu i niskim temperaturama. Možda nam ovi eksperimenti neće omogućiti da u potpunosti razumijemo prirodu hibernacije, ali barem pretvorimo hipobiozu u potpunu kliničku proceduru.
Pacijent je poslan na spavanje
U vrijeme hibernacije, gof se ne boji ne samo hladnoće, već i glavnih bolesti gofa: ishemije, infekcija i onkoloških bolesti. Od kuge budna životinja ugine za jedan dan, a ako je zaražena u pospanom stanju, nije je briga. Postoje ogromne mogućnosti za ljekare. Ista anestezija nije najprijatnije stanje za tijelo. Zašto ga ne zamijenite prirodnijom hibernacijom?
Zamislite situaciju: pacijent je na ivici života i smrti, sat broji. I često ti sati nisu dovoljni za operaciju ili pronalaženje donora. A u hibernaciji se gotovo svaka bolest razvija kao u usporenoj snimci, i više ne govorimo o satima, već o danima, pa čak i sedmicama. Ako date mašti na volju, možete zamisliti kako su beznadežni pacijenti uronjeni u stanje hipobioze u nadi da će se jednog dana pronaći sredstva potrebna za njihovo liječenje. Firme koje se bave krionikom rade nešto slično, samo što zamrznu već mrtvu osobu, a teško da je realno obnoviti organizam koji je deset godina ležao u tečnom dušiku.
Mehanizam hibernacije može pomoći u razumijevanju raznih bolesti. Na primer, bugarski naučnik Veselin Denkov u svojoj knjizi „Na ivici života“ predlaže da se obrati pažnja na biohemiju medveda koji spava: „Ako naučnici uspeju da u svom čistom obliku dobiju supstancu (verovatno hormon) koja ulazi u telo iz hipotalamusa medvjeda, uz pomoć kojih se regulišu životni procesi tokom hibernacije, tada će moći uspješno liječiti osobe oboljele od bolesti bubrega.
Do sada su doktori vrlo oprezni prema ideji korištenja hibernacije. Ipak, opasno je baviti se fenomenom koji nije u potpunosti shvaćen.