Hundratals djurarter kan övervintra. Metabolismen i deras organismer reduceras tiofaldigt. De kan inte äta och andas knappt. Detta tillstånd fortsätter att vara ett av de största vetenskapliga mysterierna. Att lösa det kan leda till genombrott på många områden, från onkologi till rymdfärd. Forskare vill få en person i viloläge.
"Jag arbetade i Sverige i ett år och kunde inte få gophers att somna på ett år", medger Lyudmila Kramarova, seniorforskare vid Institutet för teoretisk och experimentell biofysik vid Ryska vetenskapsakademin (Pushchino).
I väst är försöksdjurens rättigheter detaljerade – deklarationen om mänskliga rättigheter vilar. Men experiment på studiet av viloläge kan inte genomföras.
– Frågan är, varför ska de sova om det är varmt i gopherhuset och matas från magen? Gophers är inte dumma. Här i vårt laboratorium skulle de snabbt somna med mig!
Den snällaste Lyudmila Ivanovna knackar strängt med fingret i bordet och pratar om laboratoriegophern som bodde hos henne. "Susya!" ropade hon från dörröppningen. "Betala-betala!" – svarade gophern, som i allmänhet inte är tämjad. Denna Susya somnade inte ens en gång på tre år hemma. På vintern, när det blev märkbart kallare i lägenheten, klättrade han under kylaren och värmde sitt huvud. "Varför?" frågar Lyudmila Ivanovna. Kanske finns det reglerande centrum för viloläge någonstans i hjärnan? Vetenskapsmän vet inte ännu. Naturen av viloläge är en av de stora intrigerna i modern biologi.
Tillfällig död
Tack vare Microsoft har vårt språk berikats med ytterligare ett modeord – viloläge. Detta är namnet på läget i vilket Windows Vista kommer in i datorn för att minimera strömförbrukningen. Maskinen verkar vara avstängd, men all data sparas samtidigt: jag tryckte på knappen – och allt fungerade som om ingenting hade hänt. Samma sak händer med levande organismer. Tusentals olika arter – från primitiva bakterier till avancerade lemurer – kan tillfälligt "dö", vilket vetenskapligt kallas viloläge, eller hypobios.
Det klassiska exemplet är gophers. Vad vet du om gophers? Normala sådana gnagare från ekorrfamiljen. De gräver sina egna minkar, äter gräs, avlar. När vintern kommer går gophers under jorden. Det är här, ur vetenskaplig synvinkel, det mest intressanta händer. Gopher-dvala kan pågå i upp till 8 månader. På ytan når frosten ibland -50, hålet fryser ner till -5. Sedan sjunker temperaturen på djurens lemmar till -2 och de inre organen till -2,9 grader. Förresten, under övervintringen sover gopheren i rad i bara tre veckor. Sedan kommer den ur viloläget i några timmar, och somnar sedan om igen. Utan att gå in på biokemiska detaljer, låt oss säga att han vaknar för att kissa och stretcha.
En frusen markekorre lever i slow motion: dess puls sjunker från 200-300 till 1-4 slag per minut, episodisk andning - 5-10 andetag, och sedan deras fullständiga frånvaro under en timme. Blodtillförseln till hjärnan minskar med cirka 90 %. En vanlig människa kan inte överleva något i närheten av detta. Han kan inte ens bli som en björn, vars temperatur sjunker ganska mycket under viloläge - från 37 till 34-31 grader. Dessa tre till fem grader hade räckt för oss: kroppen skulle ha kämpat för rätten att behålla pulsen, andningsrytmen och återställa normal kroppstemperatur i flera timmar till, men när energiresurserna tar slut är döden oundviklig.
hårig potatis
Vet du hur en gopher ser ut när den sover? frågar Zarif Amirkhanov, seniorforskare vid Institutet för cellbiofysik. ”Som potatis från källaren. Hårt och kallt. Bara lurviga.
Under tiden ser gopher ut som en gopher - den gnager glatt frön. Det är inte lätt att föreställa sig att denna glada varelse plötsligt skulle kunna falla i dvala utan anledning och tillbringa större delen av året så här, och sedan, igen, utan anledning alls, "falla ut" ur denna dvala.
Ett av mysterierna med hypobios är att djuret är ganska kapabelt att reglera sitt tillstånd på egen hand. En förändring av omgivningstemperaturen är inte alls nödvändig för detta – lemurer från Madagaskar hamnar i dvala. En gång om året hittar de en hålighet, sätter igen ingången och lägger sig i sju månader och sänker kroppstemperaturen till +10 grader. Och på gatan samtidigt alla samma +30. Vissa markekorrar, till exempel turkestanska, kan också övervintra i värmen. Det är inte så mycket temperaturen runt omkring, utan ämnesomsättningen inuti: ämnesomsättningen sjunker med 60-70%.
"Du förstår, det här är ett helt annat tillstånd i kroppen", säger Zarif. – Kroppstemperaturen sjunker inte som en orsak, utan som en konsekvens. En annan regleringsmekanism aktiveras. Funktionerna hos dussintals proteiner förändras, celler slutar dela sig, i allmänhet är kroppen helt återuppbyggd på några timmar. Och sedan på samma några timmar byggs den upp igen. Inga yttre påverkan.
Ved och kamin
Det unika med viloläge är att djuret först kan svalna och sedan värma upp utan hjälp utifrån. Frågan är hur?
"Det är väldigt enkelt", säger Lyudmila Kramarova. ”Brun fettvävnad, har du hört?
Alla varmblodiga djur, inklusive människor, har detta mystiska bruna fett. Dessutom är det mycket mer hos spädbarn än hos en vuxen. Länge var dess roll i kroppen i allmänhet obegriplig. Det finns faktiskt vanligt fett, varför också brunt?
– Så det visade sig att brunt fett spelar rollen som en spis, – förklarar Lyudmila, – och vitt fett är bara ved.
Brunt fett kan värma upp kroppen från 0 till 15 grader. Och så ingår andra tyger i arbetet. Men bara för att vi har hittat en spis betyder det inte att vi har kommit på hur vi ska få den att fungera.
"Det måste finnas något som sätter på den här mekanismen," säger Zarif. – Hela organismens arbete förändras, vilket innebär att det finns ett visst centrum som styr och lanserar allt detta.
Aristoteles testamenterade för att studera viloläge. Det kan inte sägas att vetenskapen har gjort just det sedan 2500 år. På allvar började man överväga detta problem för bara 50 år sedan. Huvudfrågan är: vad i kroppen utlöser vilolägesmekanismen? Om vi hittar det kommer vi att förstå hur det fungerar, och om vi förstår hur det fungerar kommer vi att lära oss hur man framkallar viloläge hos personer som inte sover. Helst är vi med dig. Detta är vetenskapens logik. Men med hypobios fungerade inte normal logik.
Allt började från slutet. 1952 publicerade den tyske forskaren Kroll resultaten av ett sensationellt experiment. Genom att introducera ett extrakt av hjärnan från sovande hamstrar, igelkottar och fladdermöss i kroppen på katter och hundar, orsakade han ett tillstånd av hypobios hos icke-sovande djur. När problemet började behandlas närmare visade det sig att hypobiosfaktorn finns inte bara i hjärnan, utan i allmänhet i vilket organ som helst hos ett djur i viloläge. Råttor övernattade lydigt om de injicerades med blodplasma, magextrakt och till och med bara urinen från sovande markekorrar. Från ett glas gopher-urin somnade även apor. Effekten återges konsekvent. Men det vägrar kategoriskt att reproduceras i alla försök att isolera ett visst ämne: urin eller blod orsakar hypobios, men deras komponenter separat gör det inte. Varken markekorrar eller lemurer eller i allmänhet någon av övervintringarna i kroppen hittades något som skulle skilja dem från alla andra.
Sökandet efter hypobiosfaktorn har pågått i 50 år, men resultatet är nästan noll. Varken generna som är ansvariga för viloläget eller de ämnen som orsakar den har hittats. Det är inte klart vilket organ som är ansvarigt för detta tillstånd. Olika experiment inkluderade binjurarna och hypofysen, och hypotalamus och sköldkörteln i listan över "misstänkta", men varje gång visade det sig att de bara var deltagare i processen, men inte dess initiativtagare.
"Det är uppenbart att långt ifrån hela utbudet av ämnen som finns i denna smutsiga fraktion är effektivt", säger Lyudmila Kramarova. — Tja, om så bara för att vi mest har dem också. Tusentals proteiner och peptider som är ansvariga för vårt liv med markekorrar har studerats. Men ingen av dem – åtminstone direkt – är kopplad till viloläge.
Det har exakt fastställts att endast koncentrationen av ämnen förändras i en sovande gophers kropp, men om något nytt bildas där är fortfarande okänt. Ju längre forskarna avancerar, desto mer är de benägna att tro att problemet inte är den mystiska "sömnfaktorn".
"Det här är troligen en komplex sekvens av biokemiska händelser", säger Kramarova. – Kanske en cocktail agerar, det vill säga en blandning av ett visst antal ämnen i en viss koncentration. Kanske är det en kaskad. Det vill säga den konsekventa effekten av ett antal ämnen. Dessutom är det sannolikt att det här är sedan länge kända proteiner som alla har.
Det visar sig att viloläge är en ekvation med alla kända. Ju enklare det är, desto svårare är det att lösa.
Fullständigt kaos
Med förmågan att gå i viloläge skapade naturen en fullständig röra. Mata bebisar med mjölk, lägga ägg, bibehålla en konstant kroppstemperatur - dessa egenskaper hängs snyggt på grenarna av det evolutionära trädet. Och hypobios kan tydligt manifesteras i en art och samtidigt vara helt frånvarande i sin närmaste släkting. Till exempel sover murmeldjur och jordekorrar från ekorrfamiljen i sina minkar i sex månader. Och ekorrarna själva tänker inte på att somna ens i den strängaste vintern. Men vissa fladdermöss (fladdermöss), insektsätare (igelkottar), pungdjur och primater (lemurer) hamnar i vinterdvala. Men de är inte ens andra kusiner till gophers.
Vissa fåglar, reptiler, insekter sover. I allmänhet är det inte särskilt tydligt på vilken grund naturen valde dem, och inte andra, som övervintring. Och valde hon? Även de arter som inte alls är bekanta med viloläge, under vissa förhållanden, kan lätt gissa vad det är. Till exempel somnar den svartsvansade präriehunden (en familj av gnagare) i en laboratoriemiljö om den berövas vatten och mat och placeras i ett mörkt, kallt rum.
Det verkar som om naturens logik bygger just på detta: om en art behöver överleva svältsäsongen för att överleva har den ett alternativ med hypobios i reserv.
"Det verkar som att vi har att göra med en uråldrig regleringsmekanism, som är inneboende i alla levande varelser i allmänhet," tänker Zarif högt. – Och detta leder oss till en paradoxal tanke: det är inte konstigt att gophers sover. Det konstiga är att vi själva inte övervintrar. Kanske skulle vi vara ganska kapabla till hypobios om allt i evolutionen utvecklades i en rak linje, det vill säga enligt principen att lägga till nya kvaliteter samtidigt som de gamla bibehålls.
Men enligt forskare är en person i förhållande till viloläge inte helt hopplös. Aboriginal australiensare, pärldykare, indiska yogis kan minimera kroppens fysiologiska funktioner. Låt denna färdighet uppnås genom lång träning, men det är uppnått! Hittills har ingen forskare kunnat försätta en person i en fullfjädrad dvala. Narkos, slö sömn, koma är tillstånd nära hypobios, men de har en annan grund, och de uppfattas som en patologi.
Experiment för att introducera en person i viloläge kommer snart att börja ukrainska läkare. Metoden de utvecklat bygger på två faktorer: höga halter av koldioxid i luften och låga temperaturer. Kanske kommer dessa experiment inte att tillåta oss att helt förstå naturen av viloläge, men åtminstone förvandla hypobios till en fullfjädrad klinisk procedur.
Patienten skickas för att sova
Vid tidpunkten för viloläget är gophern inte rädd inte bara för kylan utan också för de viktigaste gopher-sjukdomarna: ischemi, infektioner och onkologiska sjukdomar. Från pesten dör ett vaket djur på en dag, och om det är infekterat i sömnigt tillstånd bryr det sig inte. Det finns stora möjligheter för läkare. Samma anestesi är inte det mest behagliga tillståndet för kroppen. Varför inte ersätta den med en mer naturlig dvala?
Föreställ dig situationen: patienten står på gränsen till liv och död, klockan räknas. Och ofta räcker inte dessa timmar till för att utföra en operation eller hitta en donator. Och i viloläge utvecklas nästan vilken sjukdom som helst som i slow motion, och vi pratar inte längre om timmar, utan om dagar, eller till och med veckor. Om du ger fantasin fritt spelrum kan du föreställa dig hur hopplösa patienter försvinner i ett tillstånd av hypobios i hopp om att en dag de medel som behövs för deras behandling ska hittas. Företag som sysslar med kryonik gör något liknande, bara de fryser en redan död person, och det är knappast realistiskt att återställa en organism som har legat i flytande kväve i tio år.
Mekanismen för viloläge kan hjälpa till att förstå en mängd olika åkommor. Till exempel föreslår den bulgariske vetenskapsmannen Veselin Denkov i sin bok "On the Edge of Life" att man uppmärksammar biokemin hos en sovande björn: "Om forskare lyckas få fram ett ämne (förmodligen ett hormon) som kommer in i kroppen i sin rena form. från björnens hypotalamus, med hjälp av vilka livsprocesser regleras under viloläge, kommer de att framgångsrikt kunna behandla människor som lider av njursjukdom.
Än så länge är läkare väldigt försiktiga med tanken på att använda viloläge. Ändå är det farligt att ta itu med ett fenomen som man inte helt förstår.