Hundredvis af dyrearter kan gå i dvale. Stofskiftet i deres organismer er tidoblet. De kan ikke spise og trækker næsten ikke vejret. Denne tilstand er fortsat et af de største videnskabelige mysterier. At løse det kan føre til gennembrud på mange områder, fra onkologi til rumflyvning. Forskere ønsker at få en person til at gå i dvale.
"Jeg arbejdede i Sverige i et år og kunne ikke få gopherne til at falde i søvn i et år," indrømmer Lyudmila Kramarova, seniorforsker ved Institut for Teoretisk og Eksperimentel Biofysik ved Det Russiske Videnskabsakademi (Pushchino).
I Vesten er forsøgsdyrs rettigheder detaljerede - Menneskerettighedserklæringen hviler. Men eksperimenter på studiet af dvale kan ikke udføres.
– Spørgsmålet er, hvorfor skal de sove, hvis det er varmt i gopherhuset og fodres fra maven? Gophers er ikke dumme. Her i vores laboratorium ville de hurtigt falde i søvn med mig!
Den mest venlige Lyudmila Ivanovna banker strengt med fingeren i bordet og taler om laboratoriets gopher, der boede hos hende. "Susya!" kaldte hun fra døren. "Løn-betal!" – svarede gopheren, som generelt ikke er tæmmet. Denne Susya faldt ikke i søvn en gang hvert tredje år derhjemme. Om vinteren, når det blev mærkbart koldere i lejligheden, kravlede han ind under radiatoren og varmede sit hoved. "Hvorfor?" spørger Lyudmila Ivanovna. Måske er det regulatoriske center for dvale et sted i hjernen? Forskere ved det ikke endnu. Naturen af dvale er en af de største intriger i moderne biologi.
Midlertidig død
Takket være Microsoft er vores sprog blevet beriget med endnu et buzzword – dvale. Dette er navnet på den tilstand, hvor Windows Vista kommer ind i computeren for at minimere strømforbruget. Maskinen ser ud til at være slukket, men alle data gemmes på samme tid: Jeg trykkede på knappen – og alt fungerede, som om intet var hændt. Det samme sker med levende organismer. Tusindvis af forskellige arter - fra primitive bakterier til avancerede lemurer - er i stand til midlertidigt at "dø", hvilket videnskabeligt kaldes dvale eller hypobiose.
Det klassiske eksempel er gophers. Hvad ved du om gophers? Normale sådanne gnavere fra egernfamilien. De graver deres egne mink, spiser græs, yngler. Når vinteren kommer, går gophers under jorden. Det er her, fra et videnskabeligt synspunkt, det mest interessante sker. Gopher dvale kan vare op til 8 måneder. På overfladen når frosten nogle gange -50, hullet fryser ned til -5. Derefter falder temperaturen på dyrenes lemmer til -2, og de indre organer til -2,9 grader. Forresten, under overvintring sover gopheren i træk i kun tre uger. Så kommer den ud af dvale i et par timer, og falder så i søvn igen. Uden at gå ind i biokemiske detaljer, lad os sige, at han vågner op for at tisse og strække sig.
Et frosset jordegern lever i slowmotion: dets hjertefrekvens falder fra 200-300 til 1-4 slag i minuttet, episodisk vejrtrækning - 5-10 vejrtrækninger, og derefter deres fuldstændige fravær i en time. Blodforsyningen til hjernen reduceres med omkring 90%. Et almindeligt menneske kan ikke overleve noget nær dette. Han er ikke engang i stand til at blive som en bjørn, hvis temperatur falder ret meget under dvalen - fra 37 til 34-31 grader. Disse tre til fem grader ville have været nok for os: Kroppen ville have kæmpet for retten til at bevare pulsen, vejrtrækningsrytmen og genoprette normal kropstemperatur i flere timer mere, men når energiressourcerne slipper op, er døden uundgåelig.
behåret kartoffel
Ved du, hvordan en gopher ser ud, når den sover? spørger Zarif Amirkhanov, seniorforsker ved Institut for Cellebiofysik. ”Som kartofler fra kælderen. Hårdt og koldt. Kun lodne.
I mellemtiden ligner gopheren en gopher - den gnaver muntert frø. Det er ikke let at forestille sig, at dette muntre væsen pludselig kunne falde i en dvale uden grund og tilbringe det meste af året på denne måde, og så igen, uden nogen grund, "falde ud" af denne dvale.
Et af mysterierne ved hypobiose er, at dyret er ganske i stand til at regulere sin tilstand på egen hånd. En ændring i den omgivende temperatur er slet ikke nødvendig for dette - lemurer fra Madagaskar falder i dvale. En gang om året finder de et hul, lukker indgangen og går i seng i syv måneder, hvorved deres kropstemperatur sænkes til +10 grader. Og på gaden på samme tid alle de samme +30. Nogle jordegern, for eksempel turkestanske, kan også gå i dvale i varmen. Det er ikke så meget temperaturen omkring, men stofskiftet indeni: stofskiftet falder med 60-70%.
"Du kan se, dette er en helt anden tilstand af kroppen," siger Zarif. – Kropstemperaturen falder ikke som en årsag, men som en konsekvens. En anden reguleringsmekanisme er aktiveret. Funktionerne af snesevis af proteiner ændrer sig, celler stopper med at dele sig, generelt er kroppen fuldstændig genopbygget på få timer. Og så på de samme få timer er den bygget op igen. Ingen udefrakommende påvirkninger.
Brænde og brændeovn
Det unikke ved dvale er, at dyret først kan køle ned og derefter varme op uden hjælp udefra. Spørgsmålet er hvordan?
"Det er meget enkelt," siger Lyudmila Kramarova. “Brunt fedtvæv, har du hørt?
Alle varmblodede dyr, inklusive mennesker, har dette mystiske brune fedt. Desuden er det hos spædbørn meget mere end hos en voksen. I lang tid var dens rolle i kroppen generelt uforståelig. Faktisk er der almindeligt fedt, hvorfor også brunt?
– Så det viste sig, at brunt fedt spiller rollen som et komfur, – forklarer Lyudmila, – og hvidt fedt er bare brænde.
Brunt fedt er i stand til at varme kroppen op fra 0 til 15 grader. Og så indgår andre stoffer i arbejdet. Men bare fordi vi har fundet et komfur, betyder det ikke, at vi har fundet ud af, hvordan vi får det til at fungere.
"Der må være noget, der tænder denne mekanisme," siger Zarif. – Hele organismens arbejde er under forandring, hvilket betyder, at der er et bestemt center, der styrer og lancerer alt dette.
Aristoteles testamenterede til at studere dvale. Det kan ikke siges, at videnskaben har gjort netop det siden 2500 år. Seriøst begyndte man at overveje dette problem for kun 50 år siden. Hovedspørgsmålet er: hvad i kroppen udløser dvalemekanismen? Hvis vi finder det, vil vi forstå, hvordan det virker, og hvis vi forstår, hvordan det virker, vil vi lære, hvordan man fremkalder dvale hos ikke-sovende. Ideelt set er vi med dig. Dette er videnskabens logik. Men med hypobiose virkede normal logik ikke.
Det hele startede fra slutningen. I 1952 offentliggjorde den tyske forsker Kroll resultaterne af et opsigtsvækkende eksperiment. Ved at introducere et ekstrakt af hjernen fra sovende hamstere, pindsvin og flagermus i kroppen på katte og hunde forårsagede han en tilstand af hypobiose hos ikke-sovende dyr. Da problemet begyndte at blive behandlet nærmere, viste det sig, at hypobiosefaktoren ikke kun er indeholdt i hjernen, men generelt i ethvert organ hos et dvaledyr. Rotter gik lydigt i dvale, hvis de blev injiceret med blodplasma, maveekstrakter og endda kun urin fra sovende jordegern. Fra et glas gopher-urin faldt aber også i søvn. Effekten gengives konsekvent. Imidlertid nægter det kategorisk at blive reproduceret i alle forsøg på at isolere et bestemt stof: urin eller blod forårsager hypobiose, men deres komponenter separat gør det ikke. Hverken jordegern eller lemurer eller i det hele taget nogen af dvalerne i kroppen blev fundet noget, der kunne adskille dem fra alle de andre.
Søgningen efter hypobiosefaktoren har stået på i 50 år, men resultatet er næsten nul. Hverken generne, der er ansvarlige for dvaletilstand, eller de stoffer, der forårsager den, er blevet fundet. Det er ikke klart, hvilket organ der er ansvarlig for denne tilstand. Forskellige eksperimenter inkluderede binyrerne og hypofysen, og hypothalamus og skjoldbruskkirtlen på listen over "mistænkte", men hver gang viste det sig, at de kun var deltagere i processen, men ikke dens initiativtagere.
"Det er klart, at langt fra hele rækken af stoffer, der er i denne snavsede fraktion, er effektive," siger Lyudmila Kramarova. – Jamen, hvis det bare er fordi, vi for det meste også har dem. Tusindvis af proteiner og peptider, der er ansvarlige for vores liv med jordegern, er blevet undersøgt. Men ingen af dem – i hvert fald direkte – er forbundet med dvale.
Det er præcist fastslået, at det kun er koncentrationen af stoffer, der ændrer sig i en sovende gophers krop, men om der dannes noget nyt der, er stadig uvist. Jo længere videnskabsmændene går, jo mere er de tilbøjelige til at tro, at problemet ikke er den mystiske "søvnfaktor".
"Det er højst sandsynligt, at dette er en kompleks sekvens af biokemiske begivenheder," siger Kramarova. – Måske virker en cocktail, altså en blanding af et vist antal stoffer i en bestemt koncentration. Måske er det en kaskade. Det vil sige den konsekvente effekt af en række stoffer. Desuden er der højst sandsynligt tale om længe kendte proteiner, som alle har.
Det viser sig, at dvale er en ligning med alle kendte. Jo enklere det er, jo sværere er det at løse.
Fuldstændig kaos
Med evnen til at gå i dvale lavede naturen fuldstændig rod. At fodre babyer med mælk, lægge æg, opretholde en konstant kropstemperatur - disse kvaliteter hænger pænt på grenene af det evolutionære træ. Og hypobiose kan tydeligt manifesteres i en art og samtidig være fuldstændig fraværende i sin nærmeste slægtning. For eksempel sover murmeldyr og jordegern fra egernfamilien i deres mink i seks måneder. Og egerne selv tænker ikke på at falde i søvn selv i den strengeste vinter. Men nogle flagermus (flagermus), insektædere (pindsvin), pungdyr og primater (lemurer) falder i dvale. Men de er ikke engang næstfætre til gophere.
Nogle fugle, krybdyr, insekter sover. Generelt er det ikke særlig klart på hvilket grundlag naturen valgte dem, og ikke andre, som hibernatorer. Og valgte hun? Selv de arter, der slet ikke er bekendt med dvale, kan under visse forhold nemt gætte, hvad det er. For eksempel falder den sorthalede præriehund (en familie af gnavere) i søvn i et laboratoriemiljø, hvis den bliver berøvet vand og mad og anbringes i et mørkt, koldt rum.
Det lader til, at naturens logik netop er baseret på dette: Hvis en art skal overleve sultsæsonen for at overleve, har den en mulighed med hypobiose i reserve.
"Det ser ud til, at vi har at gøre med en gammel reguleringsmekanisme, som er iboende i ethvert levende væsen generelt," tænker Zarif højt. – Og det leder os til en paradoksal tanke: det er ikke mærkeligt, at gofer sover. Det mærkelige er, at vi ikke selv går i dvale. Måske ville vi være ganske i stand til hypobiose, hvis alt i evolutionen udviklede sig i en lige linje, det vil sige ifølge princippet om at tilføje nye kvaliteter og samtidig bevare de gamle.
Men ifølge videnskabsmænd er en person i forhold til dvale ikke helt håbløs. Aboriginal australiere, perledykkere, indiske yogier kan minimere kroppens fysiologiske funktioner. Lad denne færdighed opnås ved lang træning, men det er opnået! Indtil videre har ingen videnskabsmand været i stand til at sætte en person i en fuldgyldig dvale. Narkose, sløv søvn, koma er tilstande tæt på hypobiose, men de har et andet grundlag, og de opfattes som en patologi.
Eksperimenter for at introducere en person i dvale vil snart begynde ukrainske læger. Metoden, de udviklede, er baseret på to faktorer: høje niveauer af kuldioxid i luften og lave temperaturer. Måske vil disse eksperimenter ikke give os mulighed for fuldt ud at forstå naturen af dvale, men i det mindste gøre hypobiose til en fuldgyldig klinisk procedure.
Patient sendt til at sove
På dvaletidspunktet er gopheren ikke bange ikke kun for kulden, men også for de vigtigste gopher-lidelser: iskæmi, infektioner og onkologiske sygdomme. Af pesten dør et vågent dyr på en dag, og hvis det er inficeret i søvnig tilstand, er det ligeglad. Der er store muligheder for læger. Den samme anæstesi er ikke den mest behagelige tilstand for kroppen. Hvorfor ikke erstatte det med en mere naturlig dvale?
Forestil dig situationen: Patienten er på randen af liv og død, uret tæller. Og ofte er disse timer ikke nok til at udføre en operation eller finde en donor. Og i dvale udvikler næsten enhver sygdom sig som i slowmotion, og vi taler ikke længere om timer, men om dage eller endda uger. Hvis du giver fantasien frit spil, kan du forestille dig, hvor håbløse patienter er nedsænket i en tilstand af hypobiose i håbet om, at en dag vil de nødvendige midler til deres behandling blive fundet. Virksomheder, der beskæftiger sig med kryonik, gør noget lignende, kun de fryser en allerede død person, og det er næppe realistisk at genoprette en organisme, der har ligget i flydende nitrogen i ti år.
Dvalemekanismen kan hjælpe med at forstå en række lidelser. For eksempel foreslår den bulgarske videnskabsmand Veselin Denkov i sin bog "On the Edge of Life" at være opmærksom på en sovende bjørns biokemi: "Hvis det lykkes forskerne at opnå i sin rene form et stof (formodentlig et hormon), der trænger ind i kroppen fra hypothalamus af bjørne, ved hjælp af hvilke livsprocesser reguleres under dvale, så vil de være i stand til med succes at behandle mennesker, der lider af nyresygdom.
Indtil videre er læger meget forsigtige med ideen om at bruge dvale. Alligevel er det farligt at forholde sig til et fænomen, der ikke er fuldt ud forstået.