Hundruð dýrategunda geta legið í dvala. Efnaskiptahraði í lífverum þeirra tífaldast. Þeir geta ekki borðað og andað varla. Þetta ástand heldur áfram að vera einn stærsti vísindalega leyndardómurinn. Að leysa það gæti leitt til byltinga á mörgum sviðum, allt frá krabbameinslækningum til geimflugs. Vísindamenn vilja láta mann leggjast í dvala.
„Ég vann í Svíþjóð í eitt ár og gat ekki fengið gophers til að sofna í eitt ár,“ viðurkennir Lyudmila Kramarova, háttsettur rannsakandi við Institute of theoretical and Experimental Biophysics of Russian Academy of Sciences (Pushchino).
Á Vesturlöndum eru réttindi tilraunadýra ítarleg – Mannréttindayfirlýsingin hvílir. En ekki er hægt að gera tilraunir á rannsóknum á dvala.
– Spurningin er, hvers vegna ættu þeir að sofa ef það er heitt í gopher-húsinu og gefið frá maganum? Gophers eru ekki heimskir. Hér á rannsóknarstofunni okkar myndu þeir fljótt sofna með mér!
Hin góðlátlegasta Lúdmila Ivanovna slær fingri sínum harkalega í borðið og talar um rannsóknarstofugófarann sem bjó hjá henni. "Susya!" kallaði hún úr dyrunum. "Greiða-borga!" – svaraði gopher, sem er almennt ekki tamið. Þessi Susya sofnaði ekki einu sinni á þremur árum heima. Á veturna, þegar áberandi kólnaði í íbúðinni, klifraði hann undir ofninn og hitaði höfuðið. "Af hverju?" spyr Lúdmila Ivanovna. Kannski er eftirlitsmiðstöð dvala einhvers staðar í heilanum? Vísindamenn vita það ekki ennþá. Eðli vetrardvalar er einn helsti furðuleikinn í nútíma líffræði.
Tímabundinn dauði
Þökk sé Microsoft hefur tungumálið okkar verið auðgað með öðru tískuorði – dvala. Þetta er nafnið á stillingunni sem Windows Vista fer inn í tölvuna til að lágmarka orkunotkun. Slökkt virðist á vélinni en öll gögn eru vistuð á sama tíma: Ég ýtti á takkann – og allt virkaði eins og ekkert hefði í skorist. Það sama gerist með lífverur. Þúsundir mismunandi tegunda – allt frá frumstæðum bakteríum til háþróaðra lemúra – geta „dáið“ tímabundið, sem er vísindalega kallað vetrardvala, eða vanlíðan.
Klassíska dæmið er gophers. Hvað veist þú um gophers? Venjuleg slík nagdýr af íkornafjölskyldunni. Þeir grafa sína eigin minka, borða gras, rækta. Þegar vetur kemur fara gophers neðanjarðar. Þetta er þar sem frá vísindalegu sjónarmiði gerist það áhugaverðasta. Gopher dvala getur varað í allt að 8 mánuði. Á yfirborði nær frost stundum -50, holan frýs niður í -5. Þá lækkar hitastig útlima dýranna í -2 og innri líffæri í -2,9 gráður. Við the vegur, á vetrartíma, sefur gopher í röð í aðeins þrjár vikur. Svo kemur það úr dvala í nokkra klukkutíma og sofnar svo aftur. Án þess að fara út í lífefnafræðilegar upplýsingar skulum við segja að hann vakni til að pissa og teygja.
Frosinn jörð íkorni lifir í hægfara hreyfingu: hjartsláttartíðni hennar lækkar úr 200-300 í 1-4 slög á mínútu, öndun í tímabundinni öndun - 5-10 andardráttur og síðan algjör fjarvera þeirra í klukkutíma. Blóðflæði til heilans minnkar um 90%. Venjulegur maður getur ekki lifað neitt nálægt þessu. Hann er ekki einu sinni fær um að verða eins og björn, en hitastig hans lækkar töluvert í dvala - úr 37 í 34-31 gráður. Þessar þrjár til fimm gráður hefðu dugað okkur: líkaminn hefði barist fyrir réttinum til að viðhalda hjartslætti, öndunartakti og endurheimta eðlilegan líkamshita í nokkrar klukkustundir í viðbót, en þegar orkuauðlindirnar klárast er dauðinn óumflýjanlegur.
loðna kartöflu
Veistu hvernig gopher lítur út þegar hann sefur? spyr Zarif Amirkhanov, yfirrannsakandi við Institute of Cell Biophysics. „Eins og kartöflur úr kjallaranum. Harður og kaldur. Aðeins loðinn.
Í millitíðinni lítur gopher út eins og gopher - hann nagar fræin glaðlega. Það er ekki auðvelt að ímynda sér að þessi glaðværa skepna gæti skyndilega fallið í dofna að ástæðulausu og eytt mestum hluta ársins svona, og svo aftur, að ástæðulausu, "fallið út" úr þessum dofa.
Ein af ráðgátum hypobiosis er að dýrið er alveg fær um að stjórna ástandi sínu á eigin spýtur. Breyting á umhverfishita er alls ekki nauðsynleg til þess – lemúrar frá Madagaskar leggjast í dvala. Einu sinni á ári finna þeir dæld, stinga í innganginn og fara að sofa í sjö mánuði og lækka líkamshitann niður í +10 gráður. Og á götunni á sama tíma allt það sama +30. Sumar jarðíkornar, til dæmis tyrkneskir, geta líka legið í dvala í hitanum. Það er ekki svo mikið hitastigið í kring, heldur efnaskiptin inni: efnaskiptahraðinn lækkar um 60-70%.
„Þú sérð, þetta er allt annað ástand líkamans,“ segir Zarif. - Líkamshiti lækkar ekki sem orsök heldur sem afleiðing. Annað eftirlitskerfi er virkjað. Aðgerðir tugum próteina breytast, frumur hætta að skipta sér, almennt er líkaminn algjörlega endurbyggður á nokkrum klukkustundum. Og svo á sömu fáu klukkutímunum er það endurbyggt aftur. Engin utanaðkomandi áhrif.
Eldiviður og eldavél
Sérstaða vetrardvalar er að dýrið getur fyrst kólnað og síðan hitað upp án utanaðkomandi aðstoðar. Spurningin er hvernig?
„Þetta er mjög einfalt,“ segir Lyudmila Kramarova. „Brún fituvef, hefurðu heyrt?
Öll dýr með heitt blóð, líka menn, hafa þessa dularfullu brúnu fitu. Þar að auki, hjá ungbörnum er það miklu meira en hjá fullorðnum. Lengi vel var hlutverk þess í líkamanum almennt óskiljanlegt. Reyndar er til venjuleg fita, af hverju líka brún?
– Svo kom í ljós að brún fita gegnir hlutverki eldavélar, – útskýrir Lyudmila, – og hvít fita er bara eldiviður.
Brún fita er fær um að hita upp líkamann frá 0 til 15 gráður. Og svo eru önnur dúkur með í verkinu. En þó að við höfum fundið eldavél þýðir það ekki að við höfum fundið út hvernig á að láta hann virka.
„Það hlýtur að vera eitthvað sem kveikir á þessu kerfi,“ segir Zarif. – Starf allrar lífverunnar er að breytast, sem þýðir að það er ákveðin miðstöð sem stjórnar og setur allt þetta af stað.
Aristóteles arfleiddi til að rannsaka dvala. Það er ekki hægt að segja að vísindin hafi gert það síðan í 2500 ár. Í alvörunni var farið að huga að þessu vandamáli fyrir aðeins 50 árum. Aðalspurningin er: hvað í líkamanum kemur af stað dvalakerfi? Ef við finnum það munum við skilja hvernig það virkar og ef við skiljum hvernig það virkar munum við læra hvernig á að framkalla dvala hjá þeim sem ekki sofa. Helst erum við með þér. Þetta er rökfræði vísinda. Hins vegar, með hypobiosis, virkaði eðlileg rökfræði ekki.
Þetta byrjaði allt frá lokum. Árið 1952 birti þýski vísindamaðurinn Kroll niðurstöður tilkomumikillar tilraunar. Með því að koma seyði úr heila sofandi hamstra, broddgelta og leðurblöku í líkama katta og hunda olli hann vanlíðan hjá dýrum sem ekki sofa. Þegar farið var að meðhöndla vandann betur kom í ljós að hypobiosis þátturinn er ekki aðeins að finna í heilanum, heldur almennt í hvaða líffæri dýra sem liggur í dvala. Rottur lögðu hlýðnilega í dvala ef þeim var sprautað með blóðvökva, magaþykkni og jafnvel bara þvagi frá sofandi jörð íkorna. Úr glasi af gopher þvagi sofnuðu apar líka. Áhrifin endurskapast stöðugt. Hins vegar neitar það afdráttarlaust að vera endurskapað í öllum tilraunum til að einangra tiltekið efni: þvag eða blóð veldur vanlíðan, en þættir þeirra sérstaklega gera það ekki. Hvorki jörð íkorna, né lemúrar, né almennt, nokkur vetrardvala í líkamanum fannst neitt sem myndi greina þá frá öllum hinum.
Leitin að hypobiosis þættinum hefur staðið yfir í 50 ár, en niðurstaðan er nánast engin. Hvorki hafa fundist genin sem bera ábyrgð á dvala né efnin sem valda honum. Ekki er ljóst hvaða líffæri ber ábyrgð á þessu ástandi. Ýmsar tilraunir innihéldu nýrnahetturnar, heiladingli, og undirstúku og skjaldkirtil á listanum yfir „grunaðir“, en í hvert skipti kom í ljós að þeir voru bara þátttakendur í ferlinu, en ekki upphafsmenn þess.
„Það er ljóst að langt frá því að allt úrval efna sem eru í þessu óhreina broti skilar árangri,“ segir Lyudmila Kramarova. — Jæja, þó ekki væri nema vegna þess að við höfum þá aðallega líka. Þúsundir próteina og peptíða sem bera ábyrgð á lífi okkar með jörðu íkornum hafa verið rannsökuð. En enginn þeirra - beint, að minnsta kosti - tengist dvala.
Það hefur verið nákvæmlega staðfest að aðeins styrkur efna breytist í líkama sofandi gopher, en hvort eitthvað nýtt myndast þar er enn ekki vitað. Því lengra sem vísindamenn þróast, því meira hallast þeir að því að vandamálið sé ekki hinn dularfulli „svefnþáttur“.
„Líklegast er þetta flókin röð lífefnafræðilegra atburða,“ segir Kramarova. – Kannski er kokteill að virka, það er að segja blanda af ákveðnum fjölda efna í ákveðnum styrk. Kannski er það foss. Það er að segja stöðug áhrif fjölda efna. Þar að auki, líklega, eru þetta löngu þekkt prótein sem allir hafa.
Það kemur í ljós að dvala er jafna með öllum þekktum. Því einfaldara sem það er, því erfiðara er að leysa það.
Algjör ringulreið
Með getu til að leggjast í dvala gerði náttúran algjört rugl. Að fæða börn með mjólk, verpa eggjum, viðhalda stöðugum líkamshita - þessir eiginleikar eru snyrtilega hengdir á greinum þróunartrésins. Og vanlíðan getur greinilega komið fram hjá einni tegund og á sama tíma verið algjörlega fjarverandi í nánustu ættingja hennar. Sem dæmi má nefna að múrmeldýr og jarðíkorna úr íkornafjölskyldunni sofa í minkunum sínum í sex mánuði. Og íkornunum sjálfum dettur ekki í hug að sofna jafnvel á erfiðasta vetri. En sumar leðurblökur (leðurblökur), skordýraætur (broddgeltir), pokadýr og prímatar (lemúrar) falla í dvala. En þeir eru ekki einu sinni frændur á eftir gophers.
Sumir fuglar, skriðdýr, skordýr sofa. Almennt séð er ekki mjög ljóst á hvaða grundvelli náttúran valdi þá, en ekki aðra, sem dvala. Og valdi hún? Jafnvel þær tegundir sem ekki kannast við dvala, við vissar aðstæður, geta auðveldlega giskað á hvað það er. Til dæmis sofnar svarthala sléttuhundurinn (fjölskylda nagdýra) á rannsóknarstofu ef hann er sviptur vatni og mat og settur í dimmt, kalt herbergi.
Svo virðist sem rökfræði náttúrunnar byggist einmitt á þessu: Ef tegund þarf að lifa af hungurtímabilið til að lifa af, þá hefur hún valkost með hypobiosis í varasjóði.
„Það virðist sem við séum að fást við fornt eftirlitskerfi, sem er eðlislægt öllum lifandi verum almennt,“ hugsar Zarif upphátt. – Og þetta leiðir okkur að mótsagnakenndri hugsun: það er ekki skrítið að gophers sofi. Það undarlega er að við sjálf leggjumst ekki í dvala. Kannski værum við alveg fær um hypobiosis ef allt í þróun þróaðist í beinni línu, það er að segja samkvæmt meginreglunni um að bæta við nýjum eiginleikum en viðhalda þeim gömlu.
Hins vegar, samkvæmt vísindamönnum, er einstaklingur í tengslum við dvala ekki alveg vonlaus. Frumbyggjar Ástralar, perluköffarar, indverskir jógar geta lágmarkað lífeðlisfræðilega starfsemi líkamans. Láttu þessa færni nást með langri þjálfun, en það er náð! Enn sem komið er hefur engum vísindamanni tekist að koma manneskju í fullan dvala. Fíknisjúkdómur, svefnhöfgi, dá eru ástand sem er nærri vanlíðan, en á sér annan grundvöll og er litið á þau sem meinafræði.
Tilraunir til að kynna mann í dvala mun brátt hefjast úkraínska læknar. Aðferðin sem þeir þróuðu byggir á tveimur þáttum: miklu magni koltvísýrings í loftinu og lágu hitastigi. Kannski munu þessar tilraunir ekki leyfa okkur að skilja að fullu eðli vetrardvalar, en að minnsta kosti breyta vanlíðan í fullgilda klíníska aðferð.
Sjúklingur sendur að sofa
Á þeim tíma sem dvala er í dvala er gopher ekki hræddur ekki aðeins við kuldann, heldur einnig við helstu gopher-sjúkdóma: blóðþurrð, sýkingar og krabbameinssjúkdóma. Af plágunni deyr vakandi dýr á einum degi og ef það er sýkt í syfju er það sama. Það eru gríðarleg tækifæri fyrir lækna. Sama svæfing er ekki skemmtilegasta ástandið fyrir líkamann. Af hverju ekki að skipta því út fyrir náttúrulegri dvala?
Ímyndaðu þér ástandið: sjúklingurinn er á barmi lífs og dauða, klukkan telur. Og oft duga þessir tímar ekki til að framkvæma aðgerð eða finna gjafa. Og í dvala þróast nánast hvaða sjúkdómur sem er eins og í hægfara hreyfingu og við erum ekki lengur að tala um klukkustundir, heldur daga, eða jafnvel vikur. Ef þú gefur ímyndunaraflinu lausan tauminn geturðu ímyndað þér hversu vonlausir sjúklingar eru á kafi í blóðleysi í von um að einhvern tíma finnist nauðsynleg úrræði fyrir meðferð þeirra. Fyrirtæki sem stunda krýóník gera eitthvað svipað, aðeins þau frysta þegar látinn mann og það er varla raunhæft að endurheimta lífveru sem hefur legið í fljótandi köfnunarefni í tíu ár.
Vinnuháttur dvala getur hjálpað til við að skilja margs konar kvilla. Til dæmis bendir búlgarski vísindamaðurinn Veselin Denkov í bók sinni „On the Edge of Life“ til að gefa gaum að lífefnafræði sofandi björns: „Ef vísindamönnum tekst að fá í sinni hreinu mynd efni (væntanlega hormón) sem fer inn í líkamann. frá undirstúku bjarna, með hjálp sem lífsferlum er stjórnað í dvala, þá munu þeir geta meðhöndlað fólk sem þjáist af nýrnasjúkdómi með góðum árangri.
Enn sem komið er eru læknar mjög á varðbergi gagnvart hugmyndinni um að nota dvala. Það er samt hættulegt að takast á við fyrirbæri sem ekki er fullkomlega skilið.