Šimtai gyvūnų rūšių gali užmigti žiemos miegu. Metabolizmo greitis jų organizmuose sumažėja dešimt kartų. Jie negali valgyti ir sunkiai kvėpuoja. Ši sąlyga tebėra viena didžiausių mokslo paslapčių. Jį išsprendus būtų galima pasiekti proveržių daugelyje sričių – nuo onkologijos iki skrydžio į kosmosą. Mokslininkai nori priversti žmogų užmigti žiemos miegu.
„Metus dirbau Švedijoje ir metus negalėjau užmigti goferių“, – prisipažįsta Liudmila Kramarova, Rusijos mokslų akademijos (Puščino) Teorinės ir eksperimentinės biofizikos instituto vyresnioji mokslo darbuotoja.
Vakaruose laboratorinių gyvūnų teisės detalizuojamos – Žmogaus teisių deklaracija ilsisi. Tačiau eksperimentų, susijusių su žiemos miego tyrimu, atlikti negalima.
– Kyla klausimas, kodėl jie turėtų miegoti, jei goferio namuose šilta ir maitinama iš pilvo? Goferiai nėra kvaili. Čia, mūsų laboratorijoje, jie greitai užmigtų su manimi!
Maloniausia Liudmila Ivanovna griežtai baksnoja pirštu į stalą ir pasakoja apie pas ją gyvenusį laboratorinį goferį. "Susya!" – pašaukė ji iš tarpdurio. "Mokėti - mokėti!" – atsakė goferis, kuris apskritai nėra prisijaukinęs. Ši Susya namuose neužmigdavo net kartą per trejus metus. Žiemą, kai bute pastebimai atšalo, jis lipo po radiatoriumi ir apsišildė galvą. "Kodėl?" – klausia Liudmila Ivanovna. Galbūt žiemos miego reguliavimo centras yra kažkur smegenyse? Mokslininkai dar nežino. Žiemos miego prigimtis yra viena iš pagrindinių šiuolaikinės biologijos intrigų.
Laikina mirtis
„Microsoft“ dėka mūsų kalba praturtėjo dar vienu madingu žodžiu – žiemos miegu. Tai yra režimo, kuriuo Windows Vista įjungiama į kompiuterį, kad būtų sumažintas energijos suvartojimas, pavadinimas. Mašina lyg ir išjungta, bet visi duomenys išsaugomi vienu metu: paspaudžiau mygtuką – ir viskas veikė lyg nieko nebūtų nutikę. Tas pats atsitinka ir su gyvais organizmais. Tūkstančiai skirtingų rūšių – nuo primityvių bakterijų iki pažengusių lemūrų – gali laikinai „mirti“, o tai moksliškai vadinama žiemos miegu arba hipobioze.
Klasikinis pavyzdys yra goferiai. Ką tu žinai apie goferius? Normalūs tokie graužikai iš voveraičių šeimos. Jie patys kasa audines, valgo žolę, veisiasi. Atėjus žiemai goferiai eina po žeme. Čia, moksliniu požiūriu, vyksta įdomiausia. „Gopher“ žiemos miegas gali trukti iki 8 mėnesių. Paviršiuje šaltis kartais siekia -50, skylė užšąla iki -5. Tada gyvūnų galūnių temperatūra nukrenta iki –2, o vidaus organų – iki –2,9 laipsnių. Beje, žiemojimo metu goferis iš eilės miega tik tris savaites. Tada kelioms valandoms išeina iš žiemos miego, o tada vėl užmiega. Nesileidžiant į biochemines smulkmenas, tarkime, kad jis atsibunda šlapinantis ir pasitempęs.
Sušalusi dirvinė voverė gyvena sulėtintai: jo pulsas nuo 200-300 nukrenta iki 1-4 dūžių per minutę, epizodinis kvėpavimas – 5-10 įkvėpimų, o vėliau visą valandą jų nebuvimas. Smegenų aprūpinimas krauju sumažėja apie 90%. Paprastas žmogus negali išgyventi nieko arti to. Jis net nesugeba tapti panašus į lokį, kurio temperatūra žiemos miego metu nukrenta gana nedaug – nuo 37 iki 34-31 laipsnio. Šių trijų penkių laipsnių mums būtų užtekę: organizmas būtų kovojęs už teisę palaikyti širdies ritmą, kvėpavimo ritmą ir atstatyti normalią kūno temperatūrą dar kelias valandas, tačiau pasibaigus energijos ištekliams mirtis neišvengiama.
plaukuota bulvė
Ar žinote, kaip miegantis atrodo goferis? – klausia Ląstelių biofizikos instituto vyresnysis mokslo darbuotojas Zarifas Amirkhanovas. „Kaip bulvės iš rūsio. Kietas ir šaltas. Tik pūkuotas.
Tuo tarpu goferis atrodo kaip goferis – linksmai graužia sėklas. Nelengva įsivaizduoti, kad ši linksma būtybė gali staiga be jokios priežasties užklupti stuporą ir taip praleisti didžiąją metų dalį, o paskui vėl be jokios priežasties „iškristi“ iš šio stuporo.
Viena iš hipobiozės paslapčių yra ta, kad gyvūnas gali pats reguliuoti savo būklę. Tam visiškai nereikia keisti aplinkos temperatūros – Madagaskaro lemūrai patenka į žiemos miegą. Kartą per metus jie randa įdubą, užkemša įėjimą ir septynis mėnesius eina miegoti, sumažindami kūno temperatūrą iki +10 laipsnių. Ir gatvėje tuo pačiu metu visi tie patys +30. Kai kurios dirvinės voverės, pavyzdžiui, Turkestano, taip pat gali žiemoti karštyje. Tai ne tiek temperatūra aplink, o medžiagų apykaita viduje: medžiagų apykaita sumažėja 60-70%.
„Matote, tai yra visiškai kitokia kūno būsena“, - sako Zarifas. – Kūno temperatūra krenta ne kaip priežastis, o kaip pasekmė. Įsijungia kitas reguliavimo mechanizmas. Pasikeičia dešimčių baltymų funkcijos, ląstelės nustoja dalytis, apskritai organizmas visiškai atsistato per kelias valandas. Ir tada per tas pačias kelias valandas jis atstatomas atgal. Jokio pašalinio poveikio.
Malkos ir krosnis
Žiemos miego išskirtinumas yra tas, kad gyvūnas iš pradžių gali atvėsti, o paskui sušilti be pašalinės pagalbos. Kyla klausimas kaip?
„Tai labai paprasta“, - sako Liudmila Kramarova. „Rudasis riebalinis audinys, ar girdėjote?
Visi šiltakraujai gyvūnai, įskaitant žmones, turi šiuos paslaptingus rudus riebalus. Be to, kūdikiams tai yra daug daugiau nei suaugusiems. Ilgą laiką jo vaidmuo organizme apskritai buvo nesuprantamas. Tiesą sakant, yra paprastų riebalų, kodėl taip pat rudi?
– Taigi, paaiškėjo, kad rudieji riebalai atlieka krosnies vaidmenį, – aiškina Liudmila, – o balti riebalai tėra malkos.
Rudieji riebalai gali sušildyti kūną nuo 0 iki 15 laipsnių. Ir tada į darbą įtraukiami kiti audiniai. Tačiau tai, kad radome viryklę, dar nereiškia, kad sugalvojome, kaip ją padaryti.
„Turi būti kažkas, kas įjungia šį mechanizmą“, - sako Zarifas. – Keičiasi viso organizmo darbas, vadinasi, yra tam tikras centras, kuris visa tai kontroliuoja ir paleidžia.
Aristotelis paliko studijuoti žiemos miegą. Negalima sakyti, kad mokslas tai daro nuo 2500 metų. Rimtai ši problema pradėta svarstyti tik prieš 50 metų. Pagrindinis klausimas: kas organizme įjungia žiemos miego mechanizmą? Jei rasime, suprasime, kaip tai veikia, o jei suprasime, kaip tai veikia, išmoksime sukelti žiemos miegą nemiegantiems. Idealiu atveju mes su jumis. Tokia yra mokslo logika. Tačiau esant hipobiozei, normali logika neveikė.
Viskas prasidėjo nuo galo. 1952 metais vokiečių tyrinėtojas Krollas paskelbė sensacingo eksperimento rezultatus. Įvedęs miegančių žiurkėnų, ežių ir šikšnosparnių smegenų ekstraktą į kačių ir šunų organizmą, jis nemiegantiems gyvūnams sukėlė hipobiozės būseną. Pradėjus atidžiau spręsti problemą, paaiškėjo, kad hipobiozės faktorius yra ne tik smegenyse, bet apskritai bet kuriame žiemojančio gyvūno organe. Žiurkės klusniai užmigdavo žiemos miegą, jei joms būdavo suleidžiama kraujo plazmos, skrandžio ekstraktų ir net tik miegančių žemės voverių šlapimo. Iš stiklinės goferio šlapimo užmigo ir beždžionės. Poveikis atkuriamas nuosekliai. Tačiau jis kategoriškai atsisako būti atgamintas visais bandymais išskirti tam tikrą medžiagą: šlapimas ar kraujas sukelia hipobiozę, tačiau atskirai jų komponentai to nedaro. Nei dirvinių voverių, nei lemūrų, nei apskritai nė vieno žiemojančio kūne nerasta nieko, kas juos skirtų iš visų kitų.
Hipobiozės faktoriaus paieškos tęsiasi 50 metų, tačiau rezultatas beveik nulinis. Nerasta nei už žiemos miegą atsakingų genų, nei jį sukeliančių medžiagų. Neaišku, kuris organas yra atsakingas už šią būklę. Įvairių eksperimentų metu į „įtariamųjų“ sąrašą buvo įtrauktos ir antinksčiai, ir hipofizė, ir pagumburis, ir skydliaukė, tačiau kiekvieną kartą paaiškėdavo, kad tai tik proceso dalyviai, bet ne jo iniciatoriai.
„Akivaizdu, kad toli gražu ne visos šios nešvarios frakcijos medžiagos yra veiksmingos“, - sako Liudmila Kramarova. – Na, jei tik dėl to, kad ir mes jų dažniausiai turime. Buvo ištirta tūkstančiai baltymų ir peptidų, atsakingų už mūsų gyvybę su žemėmis. Tačiau nė vienas iš jų – bent jau tiesiogiai – nėra susijęs su žiemos miegu.
Tiksliai nustatyta, kad miegančio goferio organizme keičiasi tik medžiagų koncentracija, tačiau ar ten susiformuoja kažkas naujo, dar nežinia. Kuo toliau mokslininkai, tuo labiau jie linkę manyti, kad problema nėra paslaptingas „miego faktorius“.
„Greičiausiai tai sudėtinga biocheminių įvykių seka“, – sako Kramarova. – Galbūt veikia kokteilis, tai yra tam tikros koncentracijos tam tikro kiekio medžiagų mišinys. Galbūt tai yra kaskada. Tai yra nuoseklus daugelio medžiagų poveikis. Be to, greičiausiai tai yra seniai žinomi baltymai, kuriuos turi visi.
Pasirodo, žiemos miegas yra lygtis su visomis žinomomis. Kuo tai paprastesnė, tuo sunkiau ją išspręsti.
Visiškas chaosas
Turėdama galimybę užmigti žiemos miegą, gamta padarė visišką netvarką. Kūdikių maitinimas pienu, kiaušinėlių dėjimas, pastovios kūno temperatūros palaikymas – šios savybės dailiai sukabintos ant evoliucinio medžio šakų. Ir hipobiozė gali aiškiai pasireikšti vienoje rūšyje ir tuo pat metu visiškai nebūti jos artimiausioje giminėje. Pavyzdžiui, kiaunės ir voverės iš voverių šeimos savo audinėse miega šešis mėnesius. Ir pačios voveraitės nemano užmigti net atšiauriausią žiemą. Tačiau kai kurie šikšnosparniai (šikšnosparniai), vabzdžiaėdžiai (ežiai), marsupials ir primatai (lemūrai) patenka į žiemos miegą. Bet jie net nėra goferių antrieji pusbroliai.
Kai kurie paukščiai, ropliai, vabzdžiai miega. Apskritai nelabai aišku, kuo remdamasi gamta juos, o ne kitus, pasirinko žiemos miegu. Ir ar ji pasirinko? Netgi tos rūšys, kurios išvis nėra susipažinusios su žiemos miegu, tam tikromis sąlygomis nesunkiai atspėja, kas tai yra. Pavyzdžiui, juoduodegis prerijų šuo (graužikų šeima) užmiega laboratorinėje aplinkoje, jei jam netenka vandens ir maisto ir jis yra patalpintas tamsioje, šaltoje patalpoje.
Atrodo, kad gamtos logika remiasi būtent tuo: jei rūšiai, norint išgyventi, reikia išgyventi bado sezoną, ji turi galimybę su hipobioze.
„Atrodo, kad mes susiduriame su senoviniu reguliavimo mechanizmu, būdingu bet kokiai gyvai būtybei apskritai“, – garsiai galvoja Zarifas. – Ir tai mus veda prie paradoksalios minties: nekeista, kad goferiai miega. Keista tai, kad mes patys neužmiegame žiemos miego. Galbūt būtume gana pajėgūs hipobiozei, jei viskas evoliucijoje vystytųsi tiesia linija, tai yra pagal principą pridėti naujų savybių, išsaugant senąsias.
Tačiau, pasak mokslininkų, žmogus žiemos miego atžvilgiu nėra visiškai beviltiškas. Australai aborigenai, perlų narai, indų jogai gali sumažinti fiziologines kūno funkcijas. Tegul šis įgūdis pasiekiamas ilgomis treniruotėmis, bet tai pasiekiama! Iki šiol jokiam mokslininkui nepavyko įvesti žmogaus į visavertį žiemos miegą. Narkozė, mieguistumas, koma yra būsenos, artimos hipobiozei, tačiau jos turi skirtingą pagrindą ir suvokiamos kaip patologija.
Netrukus Ukrainos gydytojai pradės eksperimentus, skirtus įvesti žmogų į žiemos miegą. Jų sukurtas metodas pagrįstas dviem veiksniais: dideliu anglies dioksido kiekiu ore ir žema temperatūra. Galbūt šie eksperimentai neleis mums iki galo suprasti žiemos miego prigimties, bet bent jau pavers hipobiozę visaverte klinikine procedūra.
Pacientas išsiųstas miegoti
Žiemos miegu žvarbos nebijo ne tik šalčio, bet ir pagrindinių negalavimų: išemijos, infekcijų, onkologinių ligų. Nuo maro pabudęs gyvūnas miršta per dieną, o jei užsikrečia mieguistas, jam tai nerūpi. Gydytojams yra didžiulės galimybės. Ta pati anestezija nėra pati maloniausia būsena organizmui. Kodėl jo nepakeitus natūralesniu žiemos miegu?
Įsivaizduokite situaciją: pacientas yra ant gyvybės ir mirties slenksčio, laikrodis skaičiuoja. Ir dažnai šių valandų neužtenka norint atlikti operaciją ar surasti donorą. O žiemos miegu beveik bet kokia liga vystosi kaip sulėtintai ir jau kalbame ne apie valandas, o apie dienas ar net savaites. Jei duosite laisvę savo vaizduotei, galite įsivaizduoti, kaip beviltiški pacientai yra panirę į hipobiozės būseną, tikėdamiesi, kad kada nors bus rasta jų gydymui reikalingų priemonių. Kažką panašaus daro ir krionika užsiimančios firmos, tik jos sušaldo jau mirusį žmogų, o dešimt metų skystame azote išgulėjusį organizmą vargu ar realu atkurti.
Žiemos miego mechanizmas gali padėti suprasti įvairius negalavimus. Pavyzdžiui, bulgarų mokslininkas Veselinas Denkovas knygoje „Ant gyvenimo krašto“ siūlo atkreipti dėmesį į miegančio lokio biochemiją: „Jei mokslininkams pavyksta gryna forma gauti į organizmą patenkančios medžiagos (greičiausiai hormono). iš meškų pagumburio, kurio pagalba reguliuojami gyvybės procesai žiemos miego metu, tuomet jos galės sėkmingai gydyti inkstų ligomis sergančius žmones.
Iki šiol gydytojai labai atsargiai žiūri į idėją naudoti žiemos miego režimą. Vis dėlto pavojinga susidoroti su reiškiniu, kuris nėra iki galo suprantamas.