Beratus-ratus spesies haiwan boleh berhibernasi. Kadar metabolisme dalam organisma mereka berkurangan sepuluh kali ganda. Mereka tidak boleh makan dan sukar bernafas. Keadaan ini terus menjadi salah satu misteri saintifik terbesar. Menyelesaikannya boleh membawa kepada kejayaan dalam banyak bidang, daripada onkologi kepada penerbangan angkasa lepas. Para saintis ingin membuat seseorang berhibernasi.
"Saya bekerja di Sweden selama setahun dan tidak dapat membuat orang ramai tertidur selama setahun," akui Lyudmila Kramarova, penyelidik kanan di Institut Biofizik Teori dan Eksperimen Akademi Sains Rusia (Pushchino).
Di Barat, hak haiwan makmal diperincikan - Deklarasi Hak Asasi Manusia sedang berehat. Tetapi eksperimen mengenai kajian hibernasi tidak boleh dijalankan.
– Persoalannya, mengapa mereka perlu tidur jika ia hangat di rumah gopher dan diberi makan dari perut? Gophers tidak bodoh. Di makmal kami, mereka akan cepat tertidur dengan saya!
Lyudmila Ivanovna yang paling baik hati mengetuk jarinya di atas meja dan bercakap tentang gopher makmal yang tinggal di tempatnya. “Susya!” dia memanggil dari muka pintu. “Bayar-bayar!” – menjawab gopher, yang pada umumnya tidak dijinakkan. Susya ini tidak tidur walaupun tiga tahun sekali di rumah. Pada musim sejuk, apabila ia menjadi lebih sejuk di apartmen, dia memanjat di bawah radiator dan memanaskan kepalanya. “Kenapa?” tanya Lyudmila Ivanovna. Mungkin pusat kawal selia hibernasi ada di dalam otak? Para saintis belum tahu. Sifat hibernasi adalah salah satu tipu daya utama dalam biologi moden.
Kematian sementara
Terima kasih kepada Microsoft, bahasa kami telah diperkaya dengan kata kunci lain – hibernasi. Ini adalah nama mod di mana Windows Vista memasuki komputer untuk meminimumkan penggunaan kuasa. Mesin nampaknya dimatikan, tetapi semua data disimpan pada masa yang sama: Saya menekan butang - dan semuanya berfungsi seolah-olah tiada apa-apa yang berlaku. Perkara yang sama berlaku dengan organisma hidup. Beribu-ribu spesies yang berbeza - daripada bakteria primitif kepada lemur maju - boleh "mati" buat sementara waktu, yang secara saintifik dipanggil hibernasi, atau hipobiosis.
Contoh klasik ialah gophers. Apa yang anda tahu tentang gophers? Biasa tikus seperti itu daripada keluarga tupai. Mereka menggali cerpelai mereka sendiri, makan rumput, membiak. Apabila musim sejuk tiba, gophers pergi ke bawah tanah. Di sinilah, dari sudut pandangan saintifik, perkara yang paling menarik berlaku. Hibernasi Gopher boleh bertahan sehingga 8 bulan. Di permukaan, fros kadang-kadang mencapai -50, lubang membeku hingga -5. Kemudian suhu anggota badan haiwan jatuh ke -2, dan organ dalaman ke -2,9 darjah. By the way, semasa musim sejuk, gopher tidur berturut-turut selama tiga minggu sahaja. Kemudian ia keluar dari hibernasi selama beberapa jam, dan kemudian tertidur semula. Tanpa pergi ke butiran biokimia, katakan bahawa dia bangun untuk kencing dan meregang.
Tupai tanah beku hidup dalam gerakan perlahan: kadar denyutannya menurun dari 200-300 kepada 1-4 denyutan seminit, pernafasan episod - 5-10 nafas, dan kemudian ketiadaan sepenuhnya selama satu jam. Bekalan darah ke otak berkurangan kira-kira 90%. Orang biasa tidak boleh bertahan dengan apa-apa yang dekat dengan ini. Dia tidak dapat menjadi seperti beruang, yang suhunya turun sedikit semasa hibernasi - dari 37 hingga 34-31 darjah. Tiga hingga lima darjah ini sudah cukup untuk kita: badan akan berjuang untuk hak untuk mengekalkan kadar denyutan jantung, irama pernafasan dan memulihkan suhu badan normal selama beberapa jam lagi, tetapi apabila sumber tenaga kehabisan, kematian tidak dapat dielakkan.
kentang berbulu
Adakah anda tahu bagaimana rupa gopher apabila ia tidur? tanya Zarif Amirkhanov, penyelidik kanan di Institut Biofizik Sel. “Seperti kentang dari bilik bawah tanah. Keras dan sejuk. Hanya berbulu.
Sementara itu, gopher kelihatan seperti gopher - ia menggerogoti biji dengan ceria. Tidak mudah untuk membayangkan bahawa makhluk ceria ini tiba-tiba boleh jatuh ke dalam pingsan tanpa sebab dan menghabiskan sebahagian besar tahun seperti ini, dan kemudian, sekali lagi, tanpa sebab sama sekali, "jatuh" dari pingsan ini.
Salah satu misteri hipobiosis ialah haiwan itu cukup mampu mengawal keadaannya sendiri. Perubahan dalam suhu ambien sama sekali tidak diperlukan untuk ini - lemur dari Madagascar jatuh ke dalam hibernasi. Sekali setahun, mereka mendapati lubang, pasangkan pintu masuk dan tidur selama tujuh bulan, menurunkan suhu badan mereka kepada +10 darjah. Dan di jalan pada masa yang sama semua +30 yang sama. Sesetengah tupai tanah, contohnya, Turkestan, juga boleh berhibernasi dalam keadaan panas. Ia bukan begitu banyak suhu sekeliling, tetapi metabolisme di dalam: kadar metabolisme menurun sebanyak 60-70%.
"Anda lihat, ini adalah keadaan badan yang sama sekali berbeza," kata Zarif. – Suhu badan turun bukan sebagai punca, tetapi akibatnya. Satu lagi mekanisme pengawalseliaan diaktifkan. Fungsi berpuluh-puluh protein berubah, sel-sel berhenti membahagi, secara umum, badan dibina semula sepenuhnya dalam beberapa jam. Dan kemudian dalam beberapa jam yang sama ia dibina semula. Tiada pengaruh luar.
Kayu api dan dapur
Keunikan hibernasi ialah haiwan itu mula-mula boleh menyejukkan badan dan kemudian memanaskan badan tanpa bantuan luar. Persoalannya bagaimana?
"Ia sangat mudah," kata Lyudmila Kramarova. “Tisu adiposa coklat, pernah dengar?
Semua haiwan berdarah panas, termasuk manusia, mempunyai lemak coklat misteri ini. Lebih-lebih lagi, pada bayi ia lebih banyak daripada pada orang dewasa. Untuk masa yang lama, peranannya dalam badan secara amnya tidak dapat difahami. Sebenarnya ada lemak biasa, kenapa pula coklat?
– Jadi, ternyata lemak coklat memainkan peranan sebagai dapur, – menjelaskan Lyudmila, – dan lemak putih hanyalah kayu api.
Lemak coklat mampu memanaskan badan dari 0 hingga 15 darjah. Dan kemudian kain lain dimasukkan ke dalam kerja. Tetapi hanya kerana kami telah menemui dapur tidak bermakna kami telah mengetahui cara untuk membuatnya berfungsi.
"Mesti ada sesuatu yang menghidupkan mekanisme ini," kata Zarif. – Kerja seluruh organisma berubah, yang bermaksud bahawa terdapat pusat tertentu yang mengawal dan melancarkan semua ini.
Aristotle berwasiat untuk belajar hibernasi. Tidak boleh dikatakan bahawa sains telah melakukan perkara itu sejak 2500 tahun. Serius masalah ini mula dipertimbangkan hanya 50 tahun yang lalu. Persoalan utama ialah: apakah dalam badan yang mencetuskan mekanisme hibernasi? Jika kami menjumpainya, kami akan memahami cara ia berfungsi, dan jika kami memahami cara ia berfungsi, kami akan belajar cara mendorong hibernasi pada mereka yang tidak tidur. Sebaik-baiknya, kami bersama anda. Ini adalah logik sains. Walau bagaimanapun, dengan hipobiosis, logik biasa tidak berfungsi.
Semuanya bermula dari akhir. Pada tahun 1952, penyelidik Jerman Kroll menerbitkan hasil eksperimen sensasi. Dengan memperkenalkan ekstrak otak hamster yang sedang tidur, landak dan kelawar ke dalam badan kucing dan anjing, dia menyebabkan keadaan hipobiosis pada haiwan yang tidak tidur. Apabila masalah itu mula ditangani dengan lebih dekat, ternyata faktor hipobiosis bukan sahaja terkandung di dalam otak, tetapi secara umum dalam mana-mana organ haiwan yang berhibernasi. Tikus patuh berhibernasi jika mereka disuntik dengan plasma darah, ekstrak perut, dan walaupun hanya air kencing tupai tanah yang sedang tidur. Dari segelas air kencing gopher, monyet juga tertidur. Kesannya dihasilkan semula secara konsisten. Walau bagaimanapun, ia secara mutlak enggan diterbitkan semula dalam semua percubaan untuk mengasingkan bahan tertentu: air kencing atau darah menyebabkan hipobiosis, tetapi komponennya secara berasingan tidak. Baik tupai tanah, mahupun lemur, mahupun, secara umum, mana-mana hibernator dalam badan tidak ditemui apa-apa yang akan membezakan mereka daripada yang lain.
Pencarian untuk faktor hipobiosis telah berlangsung selama 50 tahun, tetapi hasilnya hampir sifar. Baik gen yang bertanggungjawab untuk hibernasi mahupun bahan yang menyebabkannya tidak ditemui. Tidak jelas organ mana yang bertanggungjawab untuk keadaan ini. Pelbagai eksperimen termasuk kelenjar adrenal, dan kelenjar pituitari, dan hipotalamus, dan kelenjar tiroid dalam senarai "suspek", tetapi setiap kali ternyata mereka hanya peserta dalam proses itu, tetapi bukan pemulanya.
"Adalah jelas bahawa jauh dari keseluruhan julat bahan yang berada dalam pecahan kotor ini berkesan," kata Lyudmila Kramarova. — Nah, jika hanya kerana kita kebanyakannya juga mempunyainya. Beribu-ribu protein dan peptida yang bertanggungjawab untuk kehidupan kita dengan tupai tanah telah dikaji. Tetapi tiada satu pun daripada mereka - secara langsung, sekurang-kurangnya - berkaitan dengan hibernasi.
Telah ditetapkan dengan tepat bahawa hanya kepekatan bahan yang berubah dalam badan gopher yang sedang tidur, tetapi sama ada sesuatu yang baru terbentuk di sana masih tidak diketahui. Semakin maju para saintis, semakin mereka cenderung untuk berfikir bahawa masalahnya bukanlah "faktor tidur" yang misterius.
"Kemungkinan besar, ini adalah urutan peristiwa biokimia yang kompleks," kata Kramarova. – Mungkin koktel bertindak, iaitu, campuran sejumlah bahan tertentu dalam kepekatan tertentu. Mungkin ia adalah lata. Iaitu, kesan konsisten beberapa bahan. Lebih-lebih lagi, kemungkinan besar, ini adalah protein yang diketahui oleh semua orang.
Ternyata hibernasi adalah persamaan dengan semua yang diketahui. Lebih mudah, lebih sukar untuk diselesaikan.
huru-hara sepenuhnya
Dengan keupayaan untuk berhibernasi, alam semula jadi membuat kekacauan yang lengkap. Memberi makan bayi dengan susu, bertelur, mengekalkan suhu badan yang tetap - kualiti ini digantung dengan kemas pada dahan pokok evolusi. Dan hipobiosis boleh ditunjukkan dengan jelas dalam satu spesies dan pada masa yang sama tidak hadir sepenuhnya dalam saudara terdekatnya. Sebagai contoh, marmut dan tupai tanah daripada keluarga tupai tidur dalam cerpelai mereka selama enam bulan. Dan tupai sendiri tidak berfikir untuk tertidur walaupun pada musim sejuk yang paling teruk. Tetapi beberapa kelawar (kelawar), insektivor (landak), marsupial dan primata (lemur) jatuh ke dalam hibernasi. Tetapi mereka bukan sepupu kedua kepada gophers.
Beberapa burung, reptilia, serangga tidur. Secara umum, ia tidak begitu jelas atas dasar apa alam memilih mereka, dan bukan orang lain, sebagai hibernator. Dan adakah dia memilih? Malah spesies yang tidak biasa dengan hibernasi sama sekali, dalam keadaan tertentu, mudah meneka apa itu. Contohnya, anjing padang rumput ekor hitam (sekelompok tikus) tertidur dalam persekitaran makmal jika kekurangan air dan makanan dan diletakkan di dalam bilik yang gelap dan sejuk.
Nampaknya logik alam semula jadi berdasarkan tepat pada perkara ini: jika spesies perlu bertahan dalam musim kebuluran untuk terus hidup, ia mempunyai pilihan dengan hipobiosis dalam simpanan.
"Nampaknya kita sedang berurusan dengan mekanisme pengawalseliaan kuno, yang wujud dalam mana-mana makhluk hidup secara umum," Zarif berfikir dengan kuat. – Dan ini membawa kita kepada pemikiran yang paradoks: tidaklah pelik bahawa gophers tidur. Yang peliknya kita sendiri tak hibernate. Mungkin kita cukup mampu mengalami hipobiosis jika segala-galanya dalam evolusi berkembang dalam garis lurus, iaitu, mengikut prinsip menambah kualiti baru sambil mengekalkan yang lama.
Walau bagaimanapun, menurut saintis, seseorang yang berkaitan dengan hibernasi tidak sepenuhnya putus asa. Orang Asli Australia, penyelam mutiara, yogi India boleh meminimumkan fungsi fisiologi badan. Biarkan kemahiran ini dicapai dengan latihan yang panjang, tetapi ia dicapai! Setakat ini, tiada saintis dapat meletakkan seseorang ke dalam hibernasi sepenuhnya. Narkosis, tidur lesu, koma adalah keadaan yang hampir dengan hipobiosis, tetapi mereka mempunyai asas yang berbeza, dan mereka dianggap sebagai patologi.
Eksperimen untuk memperkenalkan seseorang ke dalam hibernasi tidak lama lagi akan bermula doktor our country. Kaedah yang mereka bangunkan adalah berdasarkan dua faktor: tahap karbon dioksida yang tinggi di udara dan suhu rendah. Mungkin eksperimen ini tidak akan membenarkan kita memahami sepenuhnya sifat hibernasi, tetapi sekurang-kurangnya mengubah hipobiosis menjadi prosedur klinikal yang lengkap.
Pesakit dihantar untuk tidur
Pada masa hibernasi, gopher tidak takut bukan sahaja sejuk, tetapi juga penyakit gopher utama: iskemia, jangkitan, dan penyakit onkologi. Daripada wabak, haiwan yang bangun mati dalam sehari, dan jika ia dijangkiti dalam keadaan mengantuk, ia tidak peduli. Terdapat peluang besar untuk doktor. Anestesia yang sama bukanlah keadaan yang paling menyenangkan untuk badan. Mengapa tidak menggantikannya dengan hibernasi yang lebih semula jadi?
Bayangkan keadaan: pesakit berada di ambang hidup dan mati, jam dikira. Dan selalunya jam ini tidak mencukupi untuk melakukan operasi atau mencari penderma. Dan dalam hibernasi, hampir semua penyakit berkembang seperti dalam gerakan perlahan, dan kita tidak lagi bercakap tentang jam, tetapi tentang hari, atau bahkan minggu. Jika anda memberi kebebasan kepada imaginasi anda, anda boleh bayangkan bagaimana pesakit yang putus asa tenggelam dalam keadaan hipobiosis dengan harapan suatu hari nanti cara yang diperlukan untuk rawatan mereka akan ditemui. Firma yang terlibat dalam cryonics melakukan sesuatu yang serupa, hanya mereka membekukan orang yang sudah mati, dan tidak realistik untuk memulihkan organisma yang telah terbaring selama sepuluh tahun dalam nitrogen cecair.
Mekanisme hibernasi boleh membantu memahami pelbagai penyakit. Sebagai contoh, saintis Bulgaria Veselin Denkov dalam bukunya "On the Edge of Life" mencadangkan untuk memberi perhatian kepada biokimia beruang tidur: "Jika saintis berjaya mendapatkan dalam bentuk tulen bahan (mungkin hormon) yang memasuki badan dari hipotalamus beruang, dengan bantuan proses kehidupan yang dikawal semasa hibernasi, maka mereka akan berjaya merawat orang yang menderita penyakit buah pinggang.
Setakat ini, doktor sangat berhati-hati dengan idea menggunakan hibernasi. Namun, adalah berbahaya untuk menangani fenomena yang tidak difahami sepenuhnya.