Prezimovať môžu stovky druhov zvierat. Rýchlosť metabolizmu v ich organizmoch sa desaťnásobne zníži. Nevedia jesť a ťažko dýchajú. Tento stav je naďalej jednou z najväčších vedeckých záhad. Jeho vyriešenie by mohlo viesť k prelomom v mnohých oblastiach, od onkológie až po vesmírne lety. Vedci chcú priviesť človeka k hibernácii.
„Rok som pracovala vo Švédsku a rok som nedokázala prinútiť gopherov zaspať,“ priznáva Ľudmila Kramarová, vedúca výskumníčka z Ústavu teoretickej a experimentálnej biofyziky Ruskej akadémie vied (Puščino).
Na Západe sú práva laboratórnych zvierat podrobné – Deklarácia ľudských práv odpočíva. Pokusy o štúdiu hibernácie sa však nedajú uskutočniť.
– Otázkou je, prečo by mali spať, ak je v gopher house teplo a kŕmia sa z brucha? Gophery nie sú hlúpe. Tu v našom laboratóriu by so mnou rýchlo zaspali!
Najláskavejšia Ľudmila Ivanovna prísne klope prstom po stole a rozpráva o laboratórnom gopherovi, ktorý u nej býval. "Susya!" ozvala sa z dverí. "Plať-plať!" – odpovedal gopher, ktorý vo všeobecnosti nie je skrotený. Táto Susya za tri roky doma nezaspala ani raz. V zime, keď sa v byte citeľne ochladilo, vliezol pod radiátor a zohrieval si hlavu. "Prečo?" pýta sa Ľudmila Ivanovna. Možno je regulačné centrum hibernácie niekde v mozgu? Vedci zatiaľ nevedia. Povaha hibernácie je jednou z hlavných intríg modernej biológie.
Dočasná smrť
Náš jazyk sa vďaka Microsoftu obohatil o ďalší buzzword – hibernáciu. Toto je názov režimu, v ktorom systém Windows Vista vstupuje do počítača, aby sa minimalizovala spotreba energie. Zdá sa, že stroj je vypnutý, ale všetky údaje sú uložené súčasne: Stlačil som tlačidlo – a všetko fungovalo, akoby sa nič nestalo. To isté sa deje so živými organizmami. Tisíce rôznych druhov – od primitívnych baktérií až po pokročilé lemury – sú schopné dočasne „zomrieť“, čo sa vedecky nazýva hibernácia alebo hypobióza.
Klasickým príkladom sú gophery. Čo viete o gopheroch? Normálne takéto hlodavce z čeľade veveričiek. Kopú si vlastné norky, jedia trávu, množia sa. Keď príde zima, gophery idú do podzemia. Práve tu sa deje z vedeckého hľadiska to najzaujímavejšie. Hibernácia gopherov môže trvať až 8 mesiacov. Na povrchu mráz niekedy dosahuje -50, diera zamrzne až do -5. Potom teplota končatín zvierat klesne na -2 a vnútorných orgánov na -2,9 stupňa. Mimochodom, počas zimovania gopher spí v rade iba tri týždne. Potom sa na niekoľko hodín preberie z hibernácie a potom opäť zaspí. Bez toho, aby sme zachádzali do biochemických detailov, povedzme, že sa zobudí na cikanie a naťahovanie.
Zmrznutá zemná veverička žije v spomalenom pohybe: jej srdcová frekvencia klesá z 200-300 na 1-4 údery za minútu, epizodické dýchanie – 5-10 nádychov a výdychov a ich úplná absencia na hodinu. Prívod krvi do mozgu je znížený asi o 90%. Bežný človek nemôže prežiť nič podobné. Nedokáže sa ani podobať medveďovi, ktorému počas zimného spánku teplota dosť klesá – z 37 na 34-31 stupňov. Týchto tri až päť stupňov by nám stačilo: telo by ešte niekoľko hodín bojovalo o právo udržať si tep, rytmus dýchania a obnoviť normálnu telesnú teplotu, ale keď sa minú energetické zdroje, smrť je neodvratná.
chlpatý zemiak
Viete, ako vyzerá gopher, keď spí? pýta sa Zarif Amirkhanov, vedúci výskumník Ústavu bunkovej biofyziky. „Ako zemiaky z pivnice. Tvrdé a studené. Iba chlpaté.
Medzitým šúľok vyzerá ako šúľ – veselo hryzie semienka. Nie je ľahké si predstaviť, že by toto veselé stvorenie mohlo náhle bezdôvodne upadnúť do strnulosti a takto stráviť väčšinu roka a potom opäť bezdôvodne „vypadnúť“ z tejto strnulosti.
Jednou zo záhad hypobiózy je, že zviera je celkom schopné samo regulovať svoj stav. Zmena teploty okolia na to vôbec nie je potrebná – lemury z Madagaskaru upadajú do hibernácie. Raz za rok nájdu priehlbinu, upchajú vchod a idú spať na sedem mesiacov, čím znížia svoju telesnú teplotu na +10 stupňov. A na ulici v rovnakom čase všetci rovnakí +30. Niektoré sysle, napríklad turkestanské, môžu v horúčavách aj zimovať. Nejde ani tak o teplotu okolo, ale o metabolizmus vo vnútri: rýchlosť metabolizmu klesá o 60-70%.
"Vidíte, toto je úplne iný stav tela," hovorí Zarif. – Telesná teplota neklesá ako príčina, ale ako dôsledok. Aktivuje sa ďalší regulačný mechanizmus. Menia sa funkcie desiatok bielkovín, bunky sa prestávajú deliť, celkovo je telo za pár hodín úplne prebudované. A potom v rovnakých niekoľkých hodinách je prestavaný späť. Žiadne vonkajšie vplyvy.
Palivové drevo a sporák
Jedinečnosť hibernácie spočíva v tom, že zviera sa môže najskôr ochladiť a potom zohriať bez vonkajšej pomoci. Otázka je ako?
"Je to veľmi jednoduché," hovorí Ľudmila Kramarová. „Hnedé tukové tkanivo, počuli ste?
Všetky teplokrvné živočíchy, vrátane ľudí, majú tento záhadný hnedý tuk. Navyše u dojčiat je to oveľa viac ako u dospelých. Jeho úloha v tele bola dlho všeobecne nepochopiteľná. V skutočnosti existuje obyčajný tuk, prečo tiež hnedý?
- Tak sa ukázalo, že hnedý tuk hrá úlohu kachlí, - vysvetľuje Lyudmila, - a biely tuk je len palivové drevo.
Hnedý tuk je schopný zahriať telo od 0 do 15 stupňov. A potom sú do práce zahrnuté ďalšie tkaniny. Ale to, že sme našli sporák, ešte neznamená, že sme prišli na to, ako ho zabezpečiť.
"Musí existovať niečo, čo zapne tento mechanizmus," hovorí Zarif. – Práca celého organizmu sa mení, to znamená, že existuje určité centrum, ktoré toto všetko riadi a spúšťa.
Aristoteles odkázal študovať hibernáciu. Nedá sa povedať, že veda to robí už 2500 rokov. Vážne sa o tomto probléme začalo uvažovať len pred 50 rokmi. Hlavná otázka znie: čo v tele spúšťa mechanizmus hibernácie? Ak ho nájdeme, pochopíme, ako to funguje, a ak pochopíme, ako to funguje, naučíme sa, ako navodiť zimný spánok u nespavcov. V ideálnom prípade sme s vami. Toto je logika vedy. Pri hypobióze však normálna logika nefungovala.
Všetko to začalo od konca. V roku 1952 zverejnil nemecký bádateľ Kroll výsledky senzačného experimentu. Zavedením extraktu z mozgu spiacich škrečkov, ježkov a netopierov do tela mačiek a psov spôsobil stav hypobiózy u nespiacich zvierat. Keď sa problémom začalo zaoberať bližšie, ukázalo sa, že faktor hypobiózy je obsiahnutý nielen v mozgu, ale celkovo v akomkoľvek orgáne hibernujúceho zvieraťa. Potkany poslušne hibernovali, ak im bola vstreknutá krvná plazma, žalúdočné výťažky a dokonca len moč spiacich zemných veveričiek. Z pohára gopherovho moču zaspali aj opice. Účinok sa dôsledne reprodukuje. Kategoricky však odmieta reprodukovať pri všetkých pokusoch o izoláciu konkrétnej látky: moč alebo krv spôsobujú hypobiózu, ale ich zložky samostatne nie. Ani sysle, ani lemury a vo všeobecnosti ani jeden z hibernátorov v tele nenašli nič, čo by ich odlišovalo od všetkých ostatných.
Pátranie po faktore hypobiózy prebieha už 50 rokov, no výsledok je takmer nulový. Nenašli sa ani gény zodpovedné za hibernáciu, ani látky, ktoré ju spôsobujú. Nie je jasné, ktorý orgán je za tento stav zodpovedný. Rôzne experimenty zahŕňali nadobličky, hypofýzu, hypotalamus a štítnu žľazu do zoznamu „podozrivých“, ale zakaždým sa ukázalo, že boli len účastníkmi procesu, ale nie jeho iniciátormi.
"Je jasné, že zďaleka nie celý rad látok, ktoré sú v tejto špinavej frakcii, je účinný," hovorí Ľudmila Kramarová. — No, už len preto, že ich väčšinou máme aj my. Boli študované tisíce proteínov a peptidov zodpovedných za náš život so zemnými veveričkami. Ale žiadny z nich – aspoň priamo – nie je spojený s hibernáciou.
Presne sa zistilo, že v tele spiaceho gophera sa mení iba koncentrácia látok, ale či sa tam tvorí niečo nové, stále nie je známe. Čím ďalej vedci postupujú, tým viac sa prikláňajú k názoru, že problémom nie je záhadný „faktor spánku“.
"S najväčšou pravdepodobnosťou ide o komplexný sled biochemických udalostí," hovorí Kramárová. – Možno pôsobí kokteil, teda zmes určitého počtu látok v určitej koncentrácii. Možno je to kaskáda. Teda konzistentný účinok množstva látok. Navyše s najväčšou pravdepodobnosťou ide o dlho známe proteíny, ktoré má každý.
Ukazuje sa, že hibernácia je rovnica so všetkými známymi. Čím je to jednoduchšie, tým ťažšie je to vyriešiť.
Úplný chaos
So schopnosťou hibernácie narobila príroda úplný neporiadok. Kŕmenie detí mliekom, kladenie vajíčok, udržiavanie konštantnej telesnej teploty – tieto vlastnosti sú úhľadne zavesené na vetvách evolučného stromu. A hypobióza sa môže jasne prejaviť u jedného druhu a zároveň úplne chýbať u svojho najbližšieho príbuzného. Napríklad svište a sysle z čeľade veveričiek prespávajú v norkách šesť mesiacov. A samotným veveričkám nenapadne zaspať ani v tej najkrutejšej zime. Ale niektoré netopiere (netopiere), hmyzožravce (ježkovia), vačkovce a primáty (lemury) upadajú do hibernácie. Ale nie sú to ani druhí bratranci gopherov.
Niektoré vtáky, plazy, hmyz spia. Vo všeobecnosti nie je veľmi jasné, na základe čoho si ich príroda vybrala, a nie iných, za zimných spánkov. A vybrala si? Dokonca aj tie druhy, ktoré nie sú oboznámené s hibernáciou, za určitých podmienok ľahko uhádnu, čo to je. Napríklad prérijný pes čiernochvostý (rodina hlodavcov) zaspí v laboratórnom prostredí, ak mu chýba voda a jedlo a je umiestnený v tmavej chladnej miestnosti.
Zdá sa, že logika prírody je založená práve na tomto: ak druh potrebuje prežiť obdobie hladovania, aby prežil, má v zálohe možnosť hypobiózy.
„Zdá sa, že máme čo do činenia s prastarým regulačným mechanizmom, ktorý je vo všeobecnosti vlastný každému živému tvorovi,“ myslí si Zarif nahlas. – A to nás privádza k paradoxnej myšlienke: nie je zvláštne, že gophery spia. Zvláštne je, že my sami nezimujeme. Možno by sme boli celkom schopní hypobiózy, keby sa všetko v evolúcii vyvíjalo priamočiaro, teda podľa princípu pridávania nových kvalít pri zachovaní starých.
Podľa vedcov však človek vo vzťahu k hibernácii nie je úplne beznádejný. Domorodí Austrálčania, potápači perál, indickí jogíni dokážu minimalizovať fyziologické funkcie tela. Nechajte túto zručnosť dosiahnuť dlhým tréningom, ale je dosiahnutá! Doposiaľ sa žiadnemu vedcovi nepodarilo uviesť človeka do plnohodnotného zimného spánku. Narkóza, letargický spánok, kóma sú stavy blízke hypobióze, ale majú iný základ a sú vnímané ako patológia.
Pokusy na uvedenie človeka do hibernácie čoskoro začnú ukrajinskí lekári. Metóda, ktorú vyvinuli, je založená na dvoch faktoroch: vysoká hladina oxidu uhličitého vo vzduchu a nízke teploty. Možno nám tieto experimenty neumožnia úplne pochopiť podstatu hibernácie, ale aspoň premeniť hypobiózu na plnohodnotný klinický postup.
Pacient poslaný spať
V čase hibernácie sa gopher nebojí nielen chladu, ale ani hlavných chorôb gopher: ischémie, infekcií a onkologických ochorení. Na mor za deň zomiera prebudené zviera a ak je infikované v ospalom stave, je mu to jedno. Lekári majú obrovské možnosti. Rovnaká anestézia nie je pre telo najpríjemnejším stavom. Prečo ho nenahradiť prirodzenejším hibernáciou?
Predstavte si situáciu: pacient je na hranici života a smrti, hodiny sa počítajú. A často tieto hodiny nestačia na vykonanie operácie alebo nájdenie darcu. A v zimnom spánku sa takmer každá choroba rozvinie ako spomalene a to už nehovoríme o hodinách, ale o dňoch, či dokonca týždňoch. Ak dáte voľnú ruku svojej fantázii, viete si predstaviť, akí beznádejní pacienti sú ponorení do stavu hypobiózy v nádeji, že jedného dňa sa nájdu prostriedky potrebné na ich liečbu. Firmy zaoberajúce sa kryonikou robia niečo podobné, len zmrazia už mŕtveho človeka a je ťažko reálne obnoviť organizmus, ktorý desať rokov ležal v tekutom dusíku.
Mechanizmus hibernácie môže pomôcť pochopiť rôzne ochorenia. Napríklad bulharský vedec Veselin Denkov vo svojej knihe „Na okraji života“ navrhuje venovať pozornosť biochémii spiaceho medveďa: „Ak sa vedcom podarí získať v čistej forme látku (pravdepodobne hormón), ktorá vstúpi do tela z hypotalamu medveďov, pomocou ktorých sa regulujú životné procesy počas zimného spánku, potom budú môcť úspešne liečiť ľudí trpiacich ochorením obličiek.
Doteraz sú lekári veľmi opatrní pri myšlienke použitia hibernácie. Napriek tomu je nebezpečné zaoberať sa fenoménom, ktorý nie je úplne pochopený.