Hundrevis av dyrearter kan gå i dvale. Stoffskiftet i organismene deres er tidoblet. De kan ikke spise og puster nesten ikke. Denne tilstanden fortsetter å være et av de største vitenskapelige mysteriene. Å løse det kan føre til gjennombrudd på mange områder, fra onkologi til romfart. Forskere ønsker å få en person til å gå i dvale.
"Jeg jobbet i Sverige i ett år og klarte ikke å få gopherne til å sovne på et år," innrømmer Lyudmila Kramarova, seniorforsker ved Institutt for teoretisk og eksperimentell biofysikk ved det russiske vitenskapsakademiet (Pushchino).
I Vesten er rettighetene til forsøksdyr detaljerte – Menneskerettighetserklæringen hviler. Men eksperimenter på studiet av dvalemodus kan ikke utføres.
– Spørsmålet er, hvorfor skal de sove hvis det er varmt i gopherhuset og matet fra magen? Gophers er ikke dumme. Her i laboratoriet vårt sov de fort med meg!
Den snilleste Lyudmila Ivanovna banker strengt fingeren i bordet og snakker om laboratoriegopheren som bodde hos henne. "Susya!" ropte hun fra døråpningen. "Betal-betal!" – svarte gopher, som vanligvis ikke er temmet. Denne Susya sovnet ikke en gang i tre år hjemme. Om vinteren, når det ble merkbart kaldere i leiligheten, klatret han under radiatoren og varmet hodet. "Hvorfor?" spør Lyudmila Ivanovna. Kanskje det regulatoriske senteret for dvalemodus er et sted i hjernen? Forskerne vet ikke ennå. Naturen til dvalemodus er en av de viktigste intrigene i moderne biologi.
Midlertidig død
Takket være Microsoft har språket vårt blitt beriket med et annet buzzword – dvalemodus. Dette er navnet på modusen der Windows Vista går inn i datamaskinen for å minimere strømforbruket. Maskinen ser ut til å være slått av, men alle dataene lagres samtidig: Jeg trykket på knappen – og alt fungerte som om ingenting hadde skjedd. Det samme skjer med levende organismer. Tusenvis av forskjellige arter – fra primitive bakterier til avanserte lemurer – er i stand til å midlertidig "dø", som vitenskapelig kalles dvalemodus, eller hypobiose.
Det klassiske eksemplet er gophers. Hva vet du om gophers? Normale slike gnagere fra ekornfamilien. De graver sine egne minker, spiser gress, avler. Når vinteren kommer, går gophers under jorden. Det er her, fra et vitenskapelig synspunkt, det mest interessante skjer. Gopher dvalemodus kan vare i opptil 8 måneder. På overflaten når frosten noen ganger -50, hullet fryser ned til -5. Deretter synker temperaturen på lemmene til dyrene til -2, og de indre organene til -2,9 grader. Forresten, under overvintring sover gopheren på rad i bare tre uker. Så kommer den ut av dvalemodus i noen timer, for så å sovne igjen. Uten å gå inn på biokjemiske detaljer, la oss si at han våkner for å tisse og strekke seg.
Et frossent jordekorn lever i sakte film: hjertefrekvensen faller fra 200-300 til 1-4 slag per minutt, episodisk pust - 5-10 pust, og deretter deres fullstendige fravær i en time. Blodtilførselen til hjernen reduseres med ca. 90 %. Et vanlig menneske kan ikke overleve noe i nærheten av dette. Han er ikke engang i stand til å bli som en bjørn, hvis temperatur synker ganske mye i dvalemodus - fra 37 til 34-31 grader. Disse tre til fem gradene hadde vært nok for oss: Kroppen ville ha kjempet for retten til å opprettholde pulsen, pusterytmen og gjenopprette normal kroppstemperatur i flere timer til, men når energiressursene tar slutt er døden uunngåelig.
hårete potet
Vet du hvordan en gopher ser ut når den sover? spør Zarif Amirkhanov, seniorforsker ved Institutt for cellebiofysikk. «Som poteter fra kjelleren. Hardt og kaldt. Bare lodne.
I mellomtiden ser gopher ut som en gopher - den gnager muntert frø. Det er ikke lett å forestille seg at denne muntre skapningen plutselig kunne falle i stupor uten grunn og tilbringe mesteparten av året på denne måten, og så igjen, uten grunn, "falle ut" av denne stuporen.
Et av mysteriene med hypobiose er at dyret er ganske i stand til å regulere tilstanden sin på egen hånd. En endring i omgivelsestemperaturen er slett ikke nødvendig for dette – lemurer fra Madagaskar går i dvalemodus. En gang i året finner de et hul, plugger inngangen og legger seg i syv måneder, og senker kroppstemperaturen til +10 grader. Og på gaten på samme tid alle de samme +30. Noen jordekorn, for eksempel turkestan, kan også gå i dvale i varmen. Det er ikke så mye temperaturen rundt, men stoffskiftet inne: stoffskiftet synker med 60-70%.
"Du skjønner, dette er en helt annen tilstand av kroppen," sier Zarif. – Kroppstemperaturen synker ikke som en årsak, men som en konsekvens. En annen reguleringsmekanisme er aktivert. Funksjonene til dusinvis av proteiner endres, celler slutter å dele seg, generelt blir kroppen fullstendig gjenoppbygd på noen få timer. Og så i løpet av de samme få timene er den bygget opp igjen. Ingen påvirkning utenfra.
Ved og komfyr
Det unike med dvalemodus er at dyret først kan kjøle seg ned og deretter varme seg opp uten hjelp utenfra. Spørsmålet er hvordan?
"Det er veldig enkelt," sier Lyudmila Kramarova. «Brunt fettvev, har du hørt?
Alle varmblodige dyr, inkludert mennesker, har dette mystiske brune fettet. Dessuten er det mye mer hos spedbarn enn hos en voksen. I lang tid var dens rolle i kroppen generelt uforståelig. Faktisk er det vanlig fett, hvorfor også brunt?
– Så det viste seg at brunt fett spiller rollen som en komfyr, – forklarer Lyudmila, – og hvitt fett er bare ved.
Brunt fett er i stand til å varme opp kroppen fra 0 til 15 grader. Og så er andre stoffer med i arbeidet. Men bare fordi vi har funnet en komfyr betyr ikke det at vi har funnet ut hvordan vi skal få den til å fungere.
"Det må være noe som slår på denne mekanismen," sier Zarif. – Arbeidet til hele organismen er i endring, noe som betyr at det er et bestemt senter som kontrollerer og lanserer alt dette.
Aristoteles testamenterte for å studere dvalemodus. Det kan ikke sies at vitenskapen har gjort akkurat det siden 2500 år. Seriøst begynte dette problemet å bli vurdert for bare 50 år siden. Hovedspørsmålet er: hva i kroppen utløser dvalemekanismen? Hvis vi finner det, vil vi forstå hvordan det fungerer, og hvis vi forstår hvordan det fungerer, vil vi lære hvordan vi kan indusere dvalemodus hos ikke-sovende. Ideelt sett er vi med deg. Dette er vitenskapens logikk. Men med hypobiose fungerte ikke normal logikk.
Det hele startet fra slutten. I 1952 publiserte den tyske forskeren Kroll resultatene av et oppsiktsvekkende eksperiment. Ved å introdusere et ekstrakt av hjernen til sovende hamstere, pinnsvin og flaggermus i kroppen til katter og hunder, forårsaket han en tilstand av hypobiose hos ikke-sovende dyr. Da problemet begynte å bli behandlet nærmere, viste det seg at hypobiosefaktoren ikke bare finnes i hjernen, men generelt i ethvert organ til et dvaledyr. Rotter gikk lydig i dvale hvis de ble injisert med blodplasma, mageekstrakter og til og med bare urinen fra sovende jordekorn. Fra et glass gopher-urin sovnet også aper. Effekten er konsekvent gjengitt. Imidlertid nekter det kategorisk å bli reprodusert i alle forsøk på å isolere et bestemt stoff: urin eller blod forårsaker hypobiose, men komponentene deres separat gjør det ikke. Verken jordekorn eller lemurer, eller generelt sett, noen av dvalerne i kroppen ble funnet noe som kunne skille dem fra alle de andre.
Jakten på hypobiosefaktoren har pågått i 50 år, men resultatet er nesten null. Verken genene som er ansvarlige for dvalemodus eller stoffene som forårsaker det er funnet. Det er ikke klart hvilket organ som er ansvarlig for denne tilstanden. Ulike eksperimenter inkluderte binyrene, og hypofysen, og hypothalamus og skjoldbruskkjertelen på listen over "mistenkte", men hver gang viste det seg at de bare var deltakere i prosessen, men ikke dens initiativtakere.
"Det er klart at langt fra hele spekteret av stoffer som er i denne skitne fraksjonen er effektive," sier Lyudmila Kramarova. — Vel, om ikke annet fordi vi stort sett har dem også. Tusenvis av proteiner og peptider som er ansvarlige for livet vårt med jordekorn har blitt studert. Men ingen av dem – i det minste direkte – er forbundet med dvalemodus.
Det er nøyaktig fastslått at bare konsentrasjonen av stoffer endres i kroppen til en sovende gopher, men om noe nytt dannes der er fortsatt ukjent. Jo lenger forskerne kommer, jo mer er de tilbøyelige til å tro at problemet ikke er den mystiske "søvnfaktoren".
"Det er mest sannsynlig at dette er en kompleks sekvens av biokjemiske hendelser," sier Kramarova. – Kanskje en cocktail virker, det vil si en blanding av et visst antall stoffer i en viss konsentrasjon. Kanskje det er en kaskade. Det vil si den konsekvente effekten av en rekke stoffer. Dessuten er dette mest sannsynlig lenge kjente proteiner som alle har.
Det viser seg at dvalemodus er en ligning med alle kjente. Jo enklere det er, jo vanskeligere er det å løse.
Fullstendig kaos
Med evnen til å gå i dvale, laget naturen et komplett rot. Å mate babyer med melk, legge egg, opprettholde en konstant kroppstemperatur - disse egenskapene henges pent på grenene til det evolusjonære treet. Og hypobiose kan tydelig manifesteres i en art og samtidig være helt fraværende i sin nærmeste slektning. For eksempel sover murmeldyr og jordekorn fra ekornfamilien i minkene sine i seks måneder. Og ekornene selv tenker ikke på å sovne selv i den strengeste vinteren. Men noen flaggermus (flaggermus), insektetere (pinnsvin), pungdyr og primater (lemurer) går i dvalemodus. Men de er ikke engang andre søskenbarn til gophers.
Noen fugler, krypdyr, insekter sover. Generelt er det ikke veldig klart på hvilket grunnlag naturen valgte dem, og ikke andre, som dvalemodus. Og valgte hun? Selv de artene som ikke er kjent med dvalemodus i det hele tatt, under visse forhold, kan lett gjette hva det er. For eksempel sovner den svarthalede præriehunden (en familie av gnagere) i laboratoriemiljø hvis den blir fratatt vann og mat og plasseres i et mørkt, kaldt rom.
Det ser ut til at naturens logikk er basert nettopp på dette: Hvis en art trenger å overleve sultesesongen for å overleve, har den en mulighet med hypobiose i reserve.
"Det ser ut til at vi har å gjøre med en eldgammel reguleringsmekanisme, som er iboende i enhver levende skapning generelt," tenker Zarif høyt. – Og dette leder oss til en paradoksal tanke: det er ikke rart at gophere sover. Det merkelige er at vi selv ikke går i dvale. Kanskje vi ville vært ganske i stand til hypobiose hvis alt i evolusjonen utviklet seg i en rett linje, det vil si i henhold til prinsippet om å legge til nye kvaliteter og samtidig opprettholde de gamle.
Men ifølge forskere er en person i forhold til dvalemodus ikke helt håpløs. Aboriginal australiere, perledykkere, indiske yogier kan minimere kroppens fysiologiske funksjoner. La denne ferdigheten oppnås ved lang trening, men den er oppnådd! Så langt har ingen vitenskapsmann klart å sette en person i en fullverdig dvale. Narkose, sløv søvn, koma er tilstander nær hypobiose, men de har et annet grunnlag, og de oppfattes som en patologi.
Eksperimenter for å introdusere en person i dvalemodus vil snart begynne ukrainske leger. Metoden de utviklet er basert på to faktorer: høye nivåer av karbondioksid i luften og lave temperaturer. Kanskje disse eksperimentene ikke vil tillate oss å fullt ut forstå naturen av dvalemodus, men i det minste gjøre hypobiose til en fullverdig klinisk prosedyre.
Pasient sendt for å sove
På tidspunktet for dvalemodus er gopher ikke redd ikke bare for kulde, men også for de viktigste gopher-plagene: iskemi, infeksjoner og onkologiske sykdommer. Fra pesten dør et våkent dyr i løpet av en dag, og hvis det blir smittet i søvnig tilstand, bryr det seg ikke. Det er store muligheter for leger. Den samme anestesi er ikke den mest behagelige tilstanden for kroppen. Hvorfor ikke erstatte den med en mer naturlig dvalemodus?
Se for deg situasjonen: pasienten er på randen av liv og død, klokken teller. Og ofte er ikke disse timene nok til å utføre en operasjon eller finne en donor. Og i dvalemodus utvikler nesten enhver sykdom seg som i sakte film, og vi snakker ikke lenger om timer, men om dager, eller til og med uker. Hvis du gir fantasien frie tøyler, kan du forestille deg hvor håpløse pasienter er nedsenket i en tilstand av hypobiose i håp om at en dag vil de nødvendige midlene for behandlingen bli funnet. Bedrifter som driver med kryonikk gjør noe lignende, bare de fryser en allerede død person, og det er neppe realistisk å gjenopprette en organisme som har ligget i flytende nitrogen i ti år.
Mekanismen for dvalemodus kan bidra til å forstå en rekke plager. For eksempel foreslår den bulgarske forskeren Veselin Denkov i sin bok "On the Edge of Life" å ta hensyn til biokjemien til en sovende bjørn: "Hvis forskere klarer å skaffe i sin rene form et stoff (antagelig et hormon) som kommer inn i kroppen fra hypothalamus av bjørn, ved hjelp av hvilke livsprosesser reguleres under dvalemodus, vil de kunne behandle mennesker som lider av nyresykdom med hell.
Så langt er leger veldig forsiktige med ideen om å bruke dvalemodus. Likevel er det farlig å forholde seg til et fenomen som ikke er fullt ut forstått.