Стотици видове животни могат да спят зимен сън. Скоростта на метаболизма в организма им намалява десетократно. Те не могат да се хранят и трудно дишат. Това състояние продължава да бъде една от най-големите научни мистерии. Разрешаването му може да доведе до пробиви в много области, от онкологията до космическите полети. Учените искат да накарат човек да заспи зимен сън.
„Работих в Швеция една година и цяла година не можах да накарам гоферите да заспят“, признава Людмила Крамарова, старши научен сътрудник в Института по теоретична и експериментална биофизика на Руската академия на науките (Пущино).
На Запад правата на лабораторните животни са описани подробно – Декларацията за правата на човека е в сила. Но експерименти за изследване на зимния сън не могат да бъдат проведени.
– Въпросът е защо трябва да спят, ако в къщата на гофера е топло и се храни от корема? Гоферите не са глупави. Тук, в нашата лаборатория, те бързо щяха да заспят с мен!
Най-милата Людмила Ивановна строго почуква с пръст по масата и говори за лабораторния гофър, който живееше у нея. "Суся!" — извика тя от прага. "Плащане-плащане!" – отвърна гоферът, който по принцип не се опитомява. Тази Суся не заспи нито веднъж за три години у дома. През зимата, когато в апартамента стана значително по-студено, той се изкачи под радиатора и затопли главата си. "Защо?" — пита Людмила Ивановна. Може би регулаторният център на хибернацията е някъде в мозъка? Учените все още не знаят. Природата на хибернацията е една от основните интриги в съвременната биология.
Временна смърт
Благодарение на Microsoft езикът ни се обогати с още една модна дума – хибернация. Това е името на режима, в който Windows Vista влиза в компютъра с цел минимизиране на консумацията на енергия. Машината изглежда изключена, но всички данни се записват едновременно: натиснах бутона - и всичко работи, сякаш нищо не се е случило. Същото се случва и с живите организми. Хиляди различни видове – от примитивни бактерии до напреднали лемури – могат временно да „умрат“, което научно се нарича хибернация или хипобиоза.
Класическият пример са гоферите. Какво знаете за гоферите? Нормални такива гризачи от семейство катерици. Те копаят собствените си норки, ядат трева, размножават се. Когато дойде зимата, гоферите отиват под земята. Тук от научна гледна точка се случва най-интересното. Хибернацията на Gopher може да продължи до 8 месеца. На повърхността студът понякога достига -50, дупката замръзва до -5. Тогава температурата на крайниците на животните пада до -2, а на вътрешните органи до -2,9 градуса. Между другото, по време на зимуването гоферът спи подред само три седмици. След това излиза от хибернация за няколко часа и след това отново заспива. Без да навлизаме в биохимични подробности, да кажем, че се събужда, за да пикае и да се протяга.
Замръзнала земна катерица живее в забавен каданс: сърдечната честота пада от 200-300 до 1-4 удара в минута, епизодично дишане - 5-10 вдишвания и след това пълното им отсъствие за един час. Кръвоснабдяването на мозъка е намалено с около 90%. Един обикновен човек не може да преживее нищо подобно. Той дори не може да стане като мечка, чиято температура пада доста по време на зимен сън – от 37 на 34-31 градуса. Тези три до пет градуса биха били достатъчни за нас: тялото щеше да се бори за правото да поддържа сърдечната честота, ритъма на дишане и да възстанови нормалната телесна температура още няколко часа, но когато енергийните ресурси се изчерпят, смъртта е неизбежна.
космат картоф
Знаете ли как изглежда гоферът, когато спи? пита Зариф Амирханов, старши научен сътрудник в Института по клетъчна биофизика. „Като картофи от мазето. Твърд и студен. Само космати.
Междувременно гоферът прилича на гофер - весело гризе семена. Не е лесно да си представим, че това весело създание може внезапно да изпадне в ступор без причина и да прекара по-голямата част от годината така, а след това отново, без никаква причина, да „изпадне“ от този ступор.
Една от мистериите на хипобиозата е, че животното е напълно способно да регулира състоянието си самостоятелно. За това изобщо не е необходима промяна на температурата на околната среда - лемурите от Мадагаскар изпадат в хибернация. Веднъж годишно те намират хралупа, запушват входа и лягат за седем месеца, като понижават телесната си температура до +10 градуса. И на улицата в същото време все едно +30. Някои земни катерици, например туркестанските, също могат да спят зимен сън в жегата. Не е толкова важна температурата наоколо, а вътрешният метаболизъм: скоростта на метаболизма пада с 60-70%.
„Виждате ли, това е напълно различно състояние на тялото“, казва Зариф. – Понижаването на телесната температура не е причина, а следствие. Задейства се друг регулаторен механизъм. Функциите на десетки протеини се променят, клетките спират да се делят, като цяло тялото се възстановява напълно за няколко часа. И след това за същите няколко часа се възстановява обратно. Без външни влияния.
Дърва и печка
Уникалността на хибернацията е, че животното може първо да се охлади и след това да се затопли без външна помощ. Въпросът е как?
„Много е просто“, казва Людмила Крамарова. „Кафява мастна тъкан, чувал ли си?
Всички топлокръвни животни, включително хората, имат тази мистериозна кафява мазнина. Освен това при кърмачетата е много повече, отколкото при възрастен. Дълго време ролята му в тялото като цяло беше неразбираема. Всъщност има обикновена мазнина, защо и кафява?
– И така, оказа се, че кафявата мазнина играе ролята на печка, – обяснява Людмила, – а бялата мазнина е просто дърва за огрев.
Кафявата мазнина е в състояние да затопли тялото от 0 до 15 градуса. И тогава в работата се включват други тъкани. Но това, че сме намерили печка, не означава, че сме измислили как да я накараме да работи.
„Трябва да има нещо, което включва този механизъм“, казва Зариф. – Променя се работата на целия организъм, което означава, че има някакъв център, който контролира и пуска всичко това.
Аристотел завеща да изучава зимния сън. Не може да се каже, че науката прави точно това от 2500 години насам. Сериозно този проблем започна да се разглежда едва преди 50 години. Основният въпрос е: какво в тялото задейства механизма на хибернация? Ако го открием, ще разберем как работи, а ако разберем как работи, ще научим как да предизвикваме хибернация при хора, които не спят. В идеалния случай ние сме с вас. Това е логиката на науката. При хипобиозата обаче нормалната логика не работи.
Всичко започна от края. През 1952 г. немският изследовател Крол публикува резултатите от сензационен експеримент. Вкарвайки екстракт от мозъка на спящи хамстери, таралежи и прилепи в тялото на котки и кучета, той предизвиква състояние на хипобиоза при неспящи животни. Когато проблемът започна да се разглежда по-внимателно, се оказа, че факторът на хипобиозата се съдържа не само в мозъка, но като цяло във всеки орган на животно в хибернация. Плъховете послушно спят зимен сън, ако им се инжектира кръвна плазма, стомашни екстракти и дори само урината на спящи земни катерици. От чаша урина на гофер маймуните също заспиваха. Ефектът се възпроизвежда постоянно. Въпреки това, той категорично отказва да бъде възпроизведен при всички опити за изолиране на определено вещество: урината или кръвта причиняват хипобиоза, но техните компоненти поотделно не. Нито земните катерици, нито лемурите, нито като цяло някой от хибернаторите в тялото не беше намерено нещо, което да ги отличава от всички останали.
Търсенето на фактора хипобиоза продължава вече 50 години, но резултатът е почти нулев. Не са открити нито гените, отговорни за зимния сън, нито веществата, които го причиняват. Не е ясно кой орган е отговорен за това състояние. Различни експерименти включват в списъка на „заподозрените“ и надбъбречните жлези, и хипофизата, и хипоталамуса, и щитовидната жлеза, но всеки път се оказва, че те са само участници в процеса, но не и негови инициатори.
„Ясно е, че далеч не цялата гама от вещества, които са в тази мръсна фракция, е ефективна“, казва Людмила Крамарова. — Е, макар и само защото и ние повечето ги имаме. Изследвани са хиляди протеини и пептиди, отговорни за живота ни със земните катерици. Но никой от тях – поне пряко – не е свързан със хибернация.
Установено е точно, че в тялото на спящия гофър се променя само концентрацията на веществата, но дали там се образува нещо ново, все още не е известно. Колкото повече напредват учените, толкова повече са склонни да смятат, че проблемът не е мистериозният „фактор на съня“.
„Най-вероятно това е сложна последователност от биохимични събития“, казва Крамарова. – Може би действа коктейл, тоест смес от определен брой вещества в определена концентрация. Може би е каскада. Тоест последователният ефект на редица вещества. Освен това най-вероятно това са отдавна известни протеини, които всеки има.
Оказва се, че хибернацията е уравнение с всички известни. Колкото по-проста е, толкова по-трудна е за решаване.
Пълен хаос
Със способността за зимен сън природата направи пълна бъркотия. Хранене на бебета с мляко, снасяне на яйца, поддържане на постоянна телесна температура – тези качества са спретнато окачени на клоните на еволюционното дърво. И хипобиозата може да се прояви ясно в един вид и в същото време да отсъства напълно в най-близкия му роднина. Например мармотите и земните катерици от семейството на катериците спят в норките си шест месеца. А самите катерици не мислят да заспиват дори и в най-тежката зима. Но някои прилепи (прилепи), насекомоядни (таралежи), торбести и примати (лемури) изпадат в зимен сън. Но те дори не са втори братовчеди на gophers.
Някои птици, влечуги, насекоми спят. Като цяло не е много ясно на какво основание природата ги е избрала, а не други, за зимуващи. И тя избра ли? Дори онези видове, които изобщо не са запознати с хибернацията, при определени условия лесно се досещат какво е това. Например, черноопашато прерийно куче (семейство гризачи) заспива в лабораторни условия, ако е лишено от вода и храна и е поставено в тъмна, студена стая.
Изглежда, че логиката на природата се основава именно на това: ако един вид трябва да преживее сезона на глада, за да оцелее, той има опция с хипобиоза в резерв.
„Изглежда, че имаме работа с древен регулаторен механизъм, който е присъщ на всяко живо същество като цяло“, разсъждава на глас Зариф. – И това ни навежда на една парадоксална мисъл: не е странно, че гоферите спят. Странното е, че ние самите не спим зимен сън. Може би бихме били напълно способни на хипобиоза, ако всичко в еволюцията се развиваше по права линия, тоест според принципа на добавяне на нови качества при запазване на старите.
Въпреки това, според учените, човек по отношение на зимния сън не е напълно безнадежден. Австралийските аборигени, ловците на перли, индийските йоги могат да намалят до минимум физиологичните функции на тялото. Нека това умение се постига с дълго обучение, но се постига! Досега нито един учен не е успял да постави човек в пълноценен зимен сън. Наркозата, летаргичният сън, комата са състояния, близки до хипобиозата, но имат различна основа и се възприемат като патология.
Експерименти за въвеждане на човек в хибернация скоро ще започнат украински лекари. Разработеният от тях метод се основава на два фактора: високи нива на въглероден диоксид във въздуха и ниски температури. Може би тези експерименти няма да ни позволят да разберем напълно природата на хибернацията, но поне ще превърнем хипобиозата в пълноценна клинична процедура.
Пациентът е изпратен да спи
По време на хибернация гоферът не се страхува не само от студа, но и от основните заболявания на гофера: исхемия, инфекции и онкологични заболявания. От чума, будно животно умира за един ден, а ако е заразено в сънно състояние, не го е грижа. Има огромни възможности за лекарите. Същата анестезия не е най-приятното състояние за тялото. Защо не го замените с по-естествен хибернация?
Представете си ситуацията: пациентът е на ръба на живота и смъртта, часовникът отчита. И често тези часове не са достатъчни за извършване на операция или намиране на донор. А в зимен сън почти всяка болест се развива като на забавен каданс и вече не говорим за часове, а за дни, дори седмици. Ако дадете воля на въображението си, можете да си представите как безнадеждни пациенти са потопени в състояние на хипобиоза с надеждата, че някой ден ще бъдат намерени средствата, необходими за тяхното лечение. Фирмите, занимаващи се с крионика, правят нещо подобно, само че замразяват вече мъртъв човек и едва ли е реалистично да се възстанови организъм, който е лежал десет години в течен азот.
Механизмът на хибернация може да помогне да се разберат различни заболявания. Например българският учен Веселин Денков в книгата си „На ръба на живота” предлага да се обърне внимание на биохимията на спяща мечка: „Ако учените успеят да получат в чист вид вещество (вероятно хормон), което влиза в тялото от хипоталамуса на мечките, с чиято помощ се регулират жизнените процеси по време на зимен сън, то те ще могат успешно да лекуват хора, страдащи от бъбречни заболявания.
Досега лекарите са много предпазливи към идеята за използване на хибернация. Все пак е опасно да се занимаваме с феномен, който не е напълно разбран.