Sadat eläinlajit voivat nukkua talviunissa. Niiden eliöiden aineenvaihduntanopeus on kymmenkertaistunut. He eivät voi syödä ja tuskin hengittää. Tämä tila on edelleen yksi suurimmista tieteellisistä mysteereistä. Sen ratkaiseminen voi johtaa läpimurtoihin monilla aloilla onkologiasta avaruuslentoihin. Tiedemiehet haluavat saada ihmisen lepotilaan.
"Työskentelin Ruotsissa vuoden, enkä saanut gofereja nukahtamaan vuoteen", myöntää Ljudmila Kramarova, vanhempi tutkija Venäjän tiedeakatemian teoreettisen ja kokeellisen biofysiikan instituutista (Pushchino).
Lännessä koe-eläinten oikeuksia täsmennetään – ihmisoikeuksien julistus lepää. Mutta kokeita lepotilan tutkimiseksi ei voida suorittaa.
– Kysymys kuuluu, miksi heidän pitäisi nukkua, jos on lämmintä ja ruokitaan vatsasta? Gopherit eivät ole tyhmiä. Täällä laboratoriossamme he nukahtaisivat nopeasti kanssani!
Ystävällisin Ljudmila Ivanovna koputtaa ankarasti sormellaan pöytään ja puhuu hänen luonaan asuneesta laboratoriopäivystyksestä. "Susya!" hän huusi ovesta. "Maksa-maksa!" – vastasi gopher, jota ei yleensä ole kesytetty. Tämä Susya ei nukahtanut edes kerran kolmessa vuodessa kotona. Talvella, kun asunnossa oli huomattavasti kylmempää, hän kiipesi jäähdyttimen alle ja lämmitti päätään. "Miksi?" kysyy Ljudmila Ivanovna. Ehkä lepotilan säätelykeskus on jossain aivoissa? Tiedemiehet eivät vielä tiedä. Lepotilan luonne on yksi modernin biologian tärkeimmistä juonitteluista.
Väliaikainen kuolema
Microsoftin ansiosta kielemme on rikastettu toisella muotisanalla – lepotila. Tämä on tilan nimi, jossa Windows Vista siirtyy tietokoneeseen virrankulutuksen minimoimiseksi. Kone näyttää olevan sammutettuna, mutta kaikki tiedot tallentuvat samalla: painoin nappia – ja kaikki toimi kuin mitään ei olisi tapahtunut. Sama tapahtuu elävien organismien kanssa. Tuhannet eri lajit – primitiivisistä bakteereista edistyneisiin limureihin – voivat tilapäisesti "kuolemaan", mitä tieteellisesti kutsutaan horrostilaksi tai hypobioosiksi.
Klassinen esimerkki on gophers. Mitä tiedät gopherista? Normaalit tällaiset jyrsijät oravaperheestä. He kaivavat omat minkkinsä, syövät ruohoa, lisääntyvät. Talven tullessa goferit menevät maan alle. Tässä tapahtuu tieteellisestä näkökulmasta mielenkiintoisin asia. Gopherin lepotila voi kestää jopa 8 kuukautta. Pinnalla pakkasta joskus -50, reikä jäätyy -5:een. Sitten eläinten raajojen lämpötila laskee -2:een ja sisäelinten -2,9 asteeseen. Muuten, talvehtimisen aikana gopher nukkuu peräkkäin vain kolme viikkoa. Sitten se tulee muutaman tunnin lepotilasta ja sitten nukahtaa uudelleen. Menemättä biokemiallisiin yksityiskohtiin, sanotaan, että hän herää pissaan ja venyttelyyn.
Jäätynyt maa-orava elää hidastettuna: sen syke laskee 200-300 lyönnistä 1-4 lyöntiin minuutissa, jaksollinen hengitys - 5-10 hengitystä ja sitten täydellinen poissaolo tunnin ajan. Aivojen verenkierto heikkenee noin 90 %. Tavallinen ihminen ei voi selviytyä mistään läheltä tätä. Hän ei pysty edes muuttumaan karhun kaltaiseksi, jonka lämpötila laskee lepotilassa melko vähän - 37 astetta 34-31 asteeseen. Nämä kolmesta viiteen astetta olisivat riittäneet meille: elimistö olisi taistellut oikeudesta ylläpitää sykettä, hengitysrytmiä ja palauttaa normaali ruumiinlämpö vielä useita tunteja, mutta kun energiat loppuvat, kuolema on väistämätön.
karvainen peruna
Tiedätkö miltä gopher näyttää nukkuessaan? kysyy Zarif Amirkhanov, vanhempi tutkija Solubiofysiikan instituutista. "Kuin perunat kellarista. Kovaa ja kylmää. Vain karvainen.
Sillä välin gopher näyttää goferilta – se puree iloisesti siemeniä. Ei ole helppoa kuvitella, että tämä iloinen olento voisi yhtäkkiä vaipua umpikujaan ilman syytä ja viettää suurimman osan vuodesta näin, ja sitten taas, ilman mitään syytä, "pudota" tästä stuporista.
Yksi hypobioosin mysteereistä on, että eläin pystyy säätelemään tilaansa itsekseen. Ympäristön lämpötilan muutos ei ole tähän tarpeellinen – Madagaskarista kotoisin olevat limurit vaipuvat lepotilaan. Kerran vuodessa he löytävät onton, tukkivat sisäänkäynnin ja menevät nukkumaan seitsemäksi kuukaudeksi alentaen ruumiinlämpönsä +10 asteeseen. Ja kadulla samaan aikaan kaikki sama +30. Jotkut maa-oravat, esimerkiksi Turkestanit, voivat myös talvehtia helteessä. Se ei ole niinkään lämpötila ympärillä, vaan aineenvaihdunta sisällä: aineenvaihdunta laskee 60-70%.
"Näetkö, tämä on täysin erilainen kehon tila", Zarif sanoo. – Kehon lämpötila ei laske syynä, vaan seurauksena. Toinen säätelymekanismi aktivoituu. Kymmenien proteiinien toiminnot muuttuvat, solut lopettavat jakautumisen, yleensä keho rakennetaan kokonaan uudelleen muutamassa tunnissa. Ja sitten samassa muutamassa tunnissa se rakennetaan uudelleen. Ei ulkopuolisia vaikutteita.
Polttopuut ja takka
Talviunen ainutlaatuisuus on se, että eläin voi ensin jäähtyä ja sitten lämmetä ilman ulkopuolista apua. Kysymys kuuluu kuinka?
"Se on hyvin yksinkertaista", sanoo Ljudmila Kramarova. ”Ruskeaa rasvakudosta, oletko kuullut?
Kaikilla lämminverisilla eläimillä, myös ihmisillä, on tämä salaperäinen ruskea rasva. Lisäksi pikkulapsilla se on paljon enemmän kuin aikuisella. Pitkään sen rooli kehossa oli yleisesti käsittämätön. Itse asiassa on tavallista rasvaa, miksi myös ruskea?
– Niinpä kävi ilmi, että ruskea rasva on kiukaan roolia, Ljudmila selittää, ja valkoinen rasva on vain polttopuita.
Ruskea rasva pystyy lämmittämään kehon 0 - 15 astetta. Ja sitten työhön sisältyy muita kankaita. Mutta vain siksi, että olemme löytäneet liesi, ei tarkoita, että olisimme keksineet, miten se saadaan toimimaan.
"Tämän mekanismin täytyy olla jotain, joka käynnistää", Zarif sanoo. – Koko organismin työ on muuttumassa, mikä tarkoittaa, että on olemassa tietty keskus, joka ohjaa ja käynnistää tätä kaikkea.
Aristoteles testamentti opiskelemaan lepotilaa. Ei voida sanoa, että tiede olisi tehnyt niin 2500 vuoden ajan. Vakavasti tätä ongelmaa alettiin pohtia vasta 50 vuotta sitten. Pääkysymys on: mikä kehossa laukaisee horrosmekanismin? Jos löydämme sen, ymmärrämme, kuinka se toimii, ja jos ymmärrämme, kuinka se toimii, opimme saamaan lepotilan nukkumattomille. Ihannetapauksessa olemme kanssasi. Tämä on tieteen logiikka. Hypobioosin tapauksessa normaali logiikka ei kuitenkaan toiminut.
Kaikki alkoi lopusta. Vuonna 1952 saksalainen tutkija Kroll julkaisi sensaatiomaisen kokeen tulokset. Viemällä nukkuvien hamstereiden, siilien ja lepakoiden aivouutetta kissojen ja koirien kehoon hän aiheutti hypobioosin tilan nukkumattomissa eläimissä. Kun ongelmaa alettiin käsitellä tarkemmin, kävi ilmi, että hypobioositekijä ei ole vain aivoissa, vaan yleensä missä tahansa horroseläimen elimessä. Rotat nukkuivat kuuliaisesti talviunta, jos niihin ruiskutettiin veriplasmaa, mahauutteita ja jopa vain nukkuvien maa-oravien virtsaa. Myös apinat nukahtivat lasista gopher-virtsaa. Vaikutus toistetaan jatkuvasti. Se kuitenkin kieltäytyy kategorisesti lisääntymästä kaikissa yrityksissä eristää tiettyä ainetta: virtsa tai veri aiheuttavat hypobioosia, mutta niiden komponentit erikseen eivät. Maa-oravista, lemureista tai yleensä yhdestäkään ruumiista ei löytynyt mitään, mikä erottaisi ne kaikista muista.
Hypobioositekijää on etsitty 50 vuotta, mutta tulos on lähes nolla. Lepotilasta vastuussa olevia geenejä tai sitä aiheuttavia aineita ei ole löydetty. Ei ole selvää, mikä elin on vastuussa tästä tilasta. Eri kokeet sisälsivät lisämunuaiset, aivolisäke, hypotalamus ja kilpirauhanen "epäiltyjen" luetteloon, mutta joka kerta kävi ilmi, että he olivat vain osallistujia prosessissa, mutta eivät sen alullepanijoita.
"On selvää, että läheskään kaikki tässä likaisessa fraktiossa olevat aineet eivät ole tehokkaita", Ljudmila Kramarova sanoo. – No, jos vain siksi, että meilläkin on niitä enimmäkseen. On tutkittu tuhansia proteiineja ja peptidejä, jotka ovat vastuussa elämästämme maa-oravan kanssa. Mutta yksikään niistä ei ainakaan suoraan liity lepotilaan.
On tarkasti todettu, että vain aineiden pitoisuus muuttuu nukkuvan goferin kehossa, mutta vielä ei tiedetä, muodostuuko siellä jotain uutta. Mitä pidemmälle tiedemiehet edistyvät, sitä enemmän he ovat taipuvaisia ajattelemaan, että ongelma ei ole salaperäinen "unitekijä".
"Todennäköisimmin tämä on monimutkainen biokemiallisten tapahtumien sarja", Kramarova sanoo. – Ehkä cocktail vaikuttaa, toisin sanoen tietyn määrän aineita tietyssä pitoisuudessa. Ehkä se on kaskadi. Eli useiden aineiden johdonmukainen vaikutus. Lisäksi todennäköisimmin nämä ovat kauan tunnettuja proteiineja, joita kaikilla on.
Osoittautuu, että lepotila on yhtälö kaikkien tunnettujen kanssa. Mitä yksinkertaisempi se on, sitä vaikeampi se on ratkaista.
Täyttä kaaosta
Kykyllä nukkua talviunta, luonto teki täydellisen sotkun. Vauvojen ruokkiminen maidolla, munien muniminen, kehon lämpötilan ylläpitäminen vakiona – nämä ominaisuudet on ripustettu siististi evoluutiopuun oksiin. Ja hypobioosi voi ilmetä selvästi yhdessä lajissa ja samalla olla kokonaan poissa lähimmästä sukulaisesta. Esimerkiksi oravaperheen murmelit ja maa-oravat nukkuvat minkeissään kuusi kuukautta. Ja itse oravat eivät ajattele nukahtavansa edes ankarimmalla talvella. Mutta jotkut lepakot (lepakkot), hyönteissyöjät (siilit), pussieläimet ja kädelliset (lemurit) joutuvat horrostilaan. Mutta he eivät ole edes goferien serkkuja.
Jotkut linnut, matelijat ja hyönteiset nukkuvat. Yleisesti ottaen ei ole kovin selvää, millä perusteella luonto valitsi heidät, ei muita, talviuntajille. Ja valitsiko hän? Jopa ne lajit, jotka eivät tunne talviunta ollenkaan, tietyissä olosuhteissa arvaavat helposti, mikä se on. Esimerkiksi mustahäntäpreeriakoira (jyrsijöiden perhe) nukahtaa laboratorioympäristössä, jos siltä puuttuu vettä ja ruokaa ja se asetetaan pimeään, kylmään huoneeseen.
Näyttää siltä, että luonnon logiikka perustuu juuri tähän: jos lajin on selviydyttävä nälkäkaudesta selviytyäkseen, sillä on varassa vaihtoehto hypobioosin kanssa.
"Näyttää siltä, että kyseessä on ikivanha säätelymekanismi, joka on luontainen jokaiselle elävälle olennolle yleensä", Zarif ajattelee ääneen. – Ja tämä johtaa meidät paradoksaaliseen ajatukseen: ei ole outoa, että goferit nukkuvat. Outoa on, että me itse emme nuku talviunta. Ehkä olisimme täysin kykeneviä hypobioosiin, jos kaikki evoluutiossa kehittyisi suoraviivaisesti, eli periaatteen mukaan lisätä uusia ominaisuuksia säilyttäen samalla vanhat.
Tiedemiesten mukaan ihminen ei kuitenkaan ole täysin toivoton lepotilaan nähden. Australialaiset aboriginaalit, helmisukeltajat, intialaiset joogit voivat minimoida kehon fysiologiset toiminnot. Saavuta tämä taito pitkällä harjoittelulla, mutta se saavutetaan! Toistaiseksi yksikään tiedemies ei ole pystynyt saattamaan henkilöä täysimittaiseen lepotilaan. Narkoosi, unelias uni, kooma ovat tiloja, jotka ovat lähellä hypobioosia, mutta niillä on erilainen perusta ja ne nähdään patologiana.
Ukrainan lääkärit aloittavat pian kokeet henkilön viemiseksi lepotilaan. Niiden kehittämä menetelmä perustuu kahteen tekijään: korkeaan hiilidioksidipitoisuuteen ilmassa ja alhaisiin lämpötiloihin. Ehkä nämä kokeet eivät anna meidän ymmärtää täysin lepotilan luonnetta, mutta ainakin muuttaa hypobioosin täysimittaiseksi kliiniseksi toimenpiteeksi.
Potilas lähetettiin nukkumaan
Lepotilan aikana gopher ei pelkää paitsi kylmää, myös tärkeimpiä gopher-sairauksia: iskemiaa, infektioita ja onkologisia sairauksia. Ruttoon herännyt eläin kuolee päivässä, ja jos se saa tartunnan unisessa tilassa, se ei välitä. Lääkäreillä on valtavat mahdollisuudet. Sama anestesia ei ole kehon miellyttävin tila. Mikset korvaisi sitä luonnollisemmalla lepotilalla?
Kuvittele tilanne: potilas on elämän ja kuoleman partaalla, kello laskee. Ja usein nämä tunnit eivät riitä leikkaukseen tai luovuttajan löytämiseen. Ja lepotilassa melkein mikä tahansa sairaus kehittyy kuin hidastettuna, emmekä puhu enää tunneista, vaan päivistä tai jopa viikoista. Jos annat mielikuvituksellesi vapaat kädet, voit kuvitella, kuinka toivottomat potilaat uppoavat hypobioosin tilaan siinä toivossa, että joskus löydetään tarvittavat keinot heidän hoitoonsa. Kryoniikkaa harjoittavat yritykset tekevät jotain vastaavaa, vain ne jäädyttävät jo kuolleen ihmisen, ja kymmenen vuotta nestetypessä makaaneen organismin palauttaminen tuskin on realistista.
Lepotilan mekanismi voi auttaa ymmärtämään erilaisia vaivoja. Esimerkiksi bulgarialainen tiedemies Veselin Denkov kirjassaan "Elämän reunalla" ehdottaa kiinnittämään huomiota nukkuvan karhun biokemiaan: "Jos tutkijat onnistuvat saamaan puhtaassa muodossaan aineen (oletettavasti hormonin), joka pääsee kehoon karhujen hypotalamuksesta, jonka avulla elämänprosesseja säädellään lepotilan aikana, niin ne pystyvät hoitamaan onnistuneesti munuaissairaudesta kärsiviä ihmisiä.
Toistaiseksi lääkärit ovat erittäin varovaisia ajatuksesta käyttää lepotilaa. Silti on vaarallista käsitellä ilmiötä, jota ei täysin ymmärretä.