Centos de especies animais poden hibernar. A taxa metabólica dos seus organismos redúcese dez veces. Non poden comer e case non respiran. Esta condición segue a ser un dos maiores misterios científicos. Resolvelo podería levar a avances en moitas áreas, desde a oncoloxía ata os voos espaciais. Os científicos queren facer hibernar a unha persoa.
"Traballei en Suecia durante un ano e non conseguín que os gopher se durmisen durante un ano", admite Lyudmila Kramarova, investigadora principal do Instituto de Biofísica Teórica e Experimental da Academia Rusa de Ciencias (Pushchino).
En Occidente, detállanse os dereitos dos animais de laboratorio: a Declaración dos Dereitos Humanos descansa. Pero non se poden realizar experimentos sobre o estudo da hibernación.
– A pregunta é, por que deberían durmir se fai calor na casa de gopher e se alimentan da barriga? Os gophers non son estúpidos. Aquí, no noso laboratorio, durmíanse rapidamente comigo!
A máis amable Lyudmila Ivanovna bate severamente o dedo sobre a mesa e fala sobre a gopher do laboratorio que vivía no seu lugar. "Susya!" ela chamou dende a porta. "Pago-pago!" – respondeu o gopher, que xeralmente non é domesticado. Esta Susya non durmía nin unha vez en tres anos na casa. No inverno, cando facía máis frío no apartamento, subiu debaixo do radiador e quentou a cabeza. "Por que?" pregunta Lyudmila Ivanovna. Quizais o centro regulador da hibernación estea nalgún lugar do cerebro? Os científicos aínda non o saben. A natureza da hibernación é unha das grandes intrigas da bioloxía moderna.
Morte temporal
Grazas a Microsoft, o noso idioma enriqueceuse con outra palabra de moda: hibernación. Este é o nome do modo no que Windows Vista entra no ordenador para minimizar o consumo de enerxía. A máquina parece estar apagada, pero todos os datos gárdanse ao mesmo tempo: premei o botón e todo funcionou coma se nada pasase. O mesmo ocorre cos organismos vivos. Miles de especies diferentes, desde bacterias primitivas ata lémures avanzados, son capaces de "morrer" temporalmente, o que cientificamente se denomina hibernación ou hipobiose.
O exemplo clásico son os gophers. Que sabes dos gophers? Estes roedores normais da familia dos esquíos. Cavan os seus propios visóns, comen herba, crían. Cando chega o inverno, os gophers van baixo terra. Aquí é onde, dende o punto de vista científico, acontece o máis interesante. A hibernación de Gopher pode durar ata 8 meses. Na superficie, as xeadas ás veces chegan a -50, o burato conxélase ata -5. A continuación, a temperatura dos membros dos animais cae a -2, e os órganos internos a -2,9 graos. Por certo, durante o inverno, a gopher dorme seguidamente só tres semanas. Despois sae da hibernación durante unhas horas, e despois volve durmir. Sen entrar en detalles bioquímicos, digamos que esperta para orinar e estirar.
Un esquío de terra conxelado vive en cámara lenta: a súa frecuencia cardíaca cae de 200-300 a 1-4 latexos por minuto, respiración episódica - 5-10 respiracións, e despois a súa completa ausencia durante unha hora. O abastecemento de sangue ao cerebro redúcese nun 90%. Unha persoa común non pode sobrevivir nada parecido a isto. Nin sequera é capaz de converterse nun oso, cuxa temperatura cae bastante durante a hibernación: de 37 a 34-31 graos. Estes tres ou cinco graos serían suficientes para nós: o corpo tería loitado polo dereito a manter o ritmo cardíaco, o ritmo respiratorio e restablecer a temperatura corporal normal durante varias horas máis, pero cando se esgotan os recursos enerxéticos, a morte é inevitable.
pataca peluda
Sabes como se ve un gopher cando dorme? pregunta Zarif Amirkhanov, investigador principal do Instituto de Biofísica Celular. “Como as patacas da adega. Duro e frío. Só peludo.
Mentres tanto, o gopher parece un gopher: roe alegremente as sementes. Non é fácil imaxinar que esta alegre criatura podería caer de súpeto nun estupor sen motivo e pasar a maior parte do ano así, e despois, de novo, sen ningún motivo, "caer" deste estupor.
Un dos misterios da hipobiose é que o animal é bastante capaz de regular a súa condición por si só. Para iso non é necesario un cambio de temperatura ambiente: os lémures de Madagascar caen en hibernación. Unha vez ao ano, atopan un oco, tapan a entrada e van para a cama durante sete meses, baixando a temperatura corporal a +10 graos. E na rúa ao mesmo tempo todo o mesmo +30. Algúns esquíos de terra, por exemplo, os de Turquestán, tamén poden hibernar coa calor. Non é tanto a temperatura ao redor, senón o metabolismo interior: a taxa metabólica cae nun 60-70%.
"Ves, este é un estado do corpo completamente diferente", di Zarif. – A temperatura corporal cae non como causa, senón como consecuencia. Actívase outro mecanismo regulador. As funcións de decenas de proteínas cambian, as células deixan de dividirse, en xeral, o corpo está completamente reconstruído en poucas horas. E despois, nas mesmas horas, reconstrúese. Sen influencias externas.
Leña e cociña
A singularidade da hibernación é que o animal pode primeiro arrefriarse e despois quentar sen axuda externa. A pregunta é como?
"É moi sinxelo", di Lyudmila Kramarova. "Tecido adiposo marrón, escoitaches?
Todos os animais de sangue quente, incluídos os humanos, teñen esta misteriosa graxa marrón. Ademais, nos bebés é moito máis que nun adulto. Durante moito tempo, o seu papel no corpo foi xeralmente incomprensible. De feito, hai graxa común, por que tamén marrón?
– Entón, resultou que a graxa marrón desempeña o papel dunha cociña – explica Lyudmila – e a graxa branca é só leña.
A graxa marrón é capaz de quentar o corpo de 0 a 15 graos. E despois inclúense outros tecidos na obra. Pero só porque atopamos unha cociña non significa que descubrimos como facelo funcionar.
"Debe haber algo que active este mecanismo", di Zarif. – O traballo de todo o organismo está cambiando, o que quere dicir que hai un determinado centro que controla e pon en marcha todo isto.
Aristóteles legou para estudar a hibernación. Non se pode dicir que a ciencia o faga desde hai 2500 anos. En serio, este problema comezou a considerarse hai só 50 anos. A pregunta principal é: o que no corpo desencadea o mecanismo de hibernación? Se o atopamos, entenderemos como funciona, e se entendemos como funciona, aprenderemos a inducir a hibernación nos que non dormen. O ideal é que esteamos contigo. Esta é a lóxica da ciencia. Non obstante, coa hipobiose, a lóxica normal non funcionou.
Todo comezou dende o final. En 1952, o investigador alemán Kroll publicou os resultados dun experimento sensacional. Ao introducir un extracto do cerebro de hamsters, ourizos e morcegos durmidos no corpo de gatos e cans, provocou un estado de hipobiose en animais que non dormen. Cando o problema comezou a tratarse máis de cerca, descubriuse que o factor de hipobiose está contido non só no cerebro, senón en xeral en calquera órgano dun animal en hibernación. As ratas hibernaban obedientemente se se lles inxectaba plasma sanguíneo, extractos de estómago e incluso só a urina dos esquíos durmidos. Dun vaso de ouriños, os monos tamén quedaron durmidos. O efecto reprodúcese constantemente. Non obstante, négase categoricamente a reproducirse en todos os intentos de illar unha determinada substancia: a orina ou o sangue provocan hipobiose, pero os seus compoñentes por separado non o fan. Nin esquíos terrestres, nin lémures, nin, en xeral, ningún dos hibernadores do corpo atopou nada que os distinguise de todos os demais.
A procura do factor hipobiose leva 50 anos, pero o resultado é case cero. Non se atoparon nin os xenes responsables da hibernación nin as substancias que a provocan. Non está claro que órgano é responsable desta condición. Varios experimentos incluíron as glándulas suprarrenais, a glándula pituitaria e o hipotálamo e a glándula tireóide na lista de "sospeitosos", pero cada vez resultou que eran só participantes no proceso, pero non os seus iniciadores.
"Está claro que lonxe de toda a gama de substancias que están nesta fracción sucia é eficaz", di Lyudmila Kramarova. — Ben, aínda que só sexa porque a maioría tamén os temos. Estudáronse miles de proteínas e péptidos responsables da nosa vida cos esquíos terrestres. Pero ningún deles, polo menos directamente, está relacionado coa hibernación.
Estableceuse con precisión que só a concentración de substancias cambia no corpo dun gopher durmido, pero aínda se descoñece se alí se forma algo novo. Canto máis avanzan os científicos, máis se inclinan a pensar que o problema non é o misterioso "factor do sono".
"O máis probable é que esta sexa unha secuencia complexa de eventos bioquímicos", di Kramarova. – Quizais actúe un cóctel, é dicir, unha mestura dun determinado número de substancias nunha determinada concentración. Quizais sexa unha fervenza. É dicir, o efecto consistente dunha serie de substancias. Ademais, o máis probable é que se trate de proteínas coñecidas desde hai tempo que todos teñen.
Resulta que a hibernación é unha ecuación con todas as coñecidas. Canto máis sinxelo é, máis difícil é de resolver.
Caos completo
Coa capacidade de hibernar, a natureza fixo unha lea completa. Alimentar aos bebés con leite, poñer ovos, manter unha temperatura corporal constante: estas calidades están ben colgadas nas pólas da árbore evolutiva. E a hipobiose pódese manifestar claramente nunha especie e, ao mesmo tempo, estar completamente ausente no seu parente máis próximo. Por exemplo, as marmotas e os esquíos da familia dos esquíos dormen nos seus visóns durante seis meses. E os propios esquíos non pensan adormecer nin no inverno máis severo. Pero algúns morcegos (morcegos), insectívoros (ourizos), marsupiais e primates (lémures) caen en hibernación. Pero nin sequera son primos segundos dos gophers.
Algúns paxaros, réptiles, insectos dormen. En xeral, non está moi claro en que base a natureza os escolleu, e non outros, como hibernadores. E ela escolleu? Incluso aquelas especies que non están familiarizadas en absoluto coa hibernación, en determinadas condicións, adiviñan facilmente de que se trata. Por exemplo, o can da pradeira de rabo negro (unha familia de roedores) adormece nun laboratorio se se lle priva de auga e comida e se coloca nunha habitación escura e fría.
Parece que a lóxica da natureza baséase precisamente nisto: se unha especie necesita sobrevivir á estación de fame para sobrevivir, ten unha opción con hipobiose en reserva.
"Parece que estamos ante un mecanismo regulador antigo, que é inherente a calquera criatura viva en xeral", pensa Zarif en voz alta. – E isto lévanos a un pensamento paradoxal: non é estraño que durman os gopher. O estraño é que nós mesmos non hibernamos. Quizais seriamos bastante capaces de hipobiose se todo na evolución se desenvolva en liña recta, é dicir, segundo o principio de engadir novas calidades mantendo as antigas.
Non obstante, segundo os científicos, unha persoa en relación á hibernación non está totalmente desesperada. Os aborixes australianos, os mergulladores de perlas e os ioguis indios poden minimizar as funcións fisiolóxicas do corpo. Deixa que esta habilidade se consiga mediante un adestramento longo, pero conséguese! Ata agora, ningún científico foi capaz de poñer a unha persoa nunha hibernación total. A narcose, o sono letárgico, o coma son estados próximos á hipobiose, pero teñen unha base diferente e percíbense como unha patoloxía.
Os experimentos para introducir unha persoa en hibernación pronto comezarán os médicos ucraínos. O método que desenvolveron baséase en dous factores: altos niveis de dióxido de carbono no aire e baixas temperaturas. Quizais estes experimentos non nos permitan comprender completamente a natureza da hibernación, pero polo menos converter a hipobiose nun procedemento clínico completo.
Paciente enviado a durmir
No momento da hibernación, o gopher non ten medo non só ao frío, senón tamén ás principais enfermidades do gopher: isquemia, infeccións e enfermidades oncolóxicas. Pola peste, un animal esperto morre nun día, e se está infectado nun estado de sono, non lle importa. Hai enormes oportunidades para os médicos. A mesma anestesia non é o estado máis agradable para o corpo. Por que non substituílo por unha hibernación máis natural?
Imaxina a situación: o paciente está ao bordo da vida ou da morte, o reloxo conta. E moitas veces estas horas non son suficientes para realizar unha operación ou atopar un doador. E na hibernación, case calquera enfermidade desenvólvese como a cámara lenta, e xa non falamos de horas, senón de días, ou incluso de semanas. Se dás renda solta á túa imaxinación, podes imaxinar como pacientes desesperados están inmersos nun estado de hipobiose coa esperanza de que algún día se atopen os medios necesarios para o seu tratamento. As empresas que se dedican á criónica fan algo semellante, só que conxelan a unha persoa xa morta, e dificilmente é realista restaurar un organismo que xa levaba dez anos en nitróxeno líquido.
O mecanismo de hibernación pode axudar a comprender unha variedade de enfermidades. Por exemplo, o científico búlgaro Veselin Denkov no seu libro "O bordo da vida" suxire prestar atención á bioquímica dun oso durmido: "Se os científicos conseguen obter na súa forma pura unha substancia (presumiblemente unha hormona) que entra no corpo. do hipotálamo dos osos, coa axuda do cal se regulan os procesos vitais durante a hibernación, entón poderán tratar con éxito as persoas que padecen enfermidades dos riles.
Ata agora, os médicos desconfían moito da idea de usar a hibernación. Aínda así, é perigoso facer fronte a un fenómeno que non se entende completamente.