Per què no som gophers: els científics volen fer hibernar una persona

Centenars d'espècies animals poden hivernar. La taxa metabòlica dels seus organismes es redueix deu vegades. No poden menjar i gairebé no respiren. Aquesta condició continua sent un dels misteris científics més grans. La solució podria comportar avenços en moltes àrees, des de l'oncologia fins als vols espacials. Els científics volen fer que una persona hiberni.

 "Vaig treballar a Suècia durant un any i no vaig poder aconseguir que els gophers s'adormissin durant un any", admet Lyudmila Kramarova, investigadora sènior de l'Institut de Biofísica Teòrica i Experimental de l'Acadèmia Russa de Ciències (Pushchino). 

A Occident, es detallen els drets dels animals de laboratori: la Declaració dels Drets Humans està descansant. Però no es poden fer experiments sobre l'estudi de la hibernació. 

– La pregunta és, per què haurien de dormir si fa calor a la casa de gopher i s'alimenta de la panxa? Els gophers no són estúpids. Aquí, al nostre laboratori, s'adormirien ràpidament amb mi! 

La més amable Lyudmila Ivanovna toca severament el dit sobre la taula i parla de la gopher del laboratori que vivia al seu lloc. "Susya!" va cridar des de la porta. "Pagar-pagar!" – va respondre el gopher, que generalment no és domesticat. Aquesta Susya no s'adormia ni un cop en tres anys a casa. A l'hivern, quan feia més fred a l'apartament, es va enfilar sota el radiador i es va escalfar el cap. "Per què?" pregunta Lyudmila Ivanovna. Potser el centre regulador de la hibernació es troba en algun lloc del cervell? Els científics encara no ho saben. La naturalesa de la hibernació és una de les principals intrigues de la biologia moderna. 

Mort temporal

Gràcies a Microsoft, el nostre llenguatge s'ha enriquit amb una altra paraula de moda: hibernació. Aquest és el nom del mode en què Windows Vista entra a l'ordinador per tal de minimitzar el consum d'energia. La màquina sembla estar apagada, però totes les dades es guarden al mateix temps: vaig prémer el botó i tot va funcionar com si no hagués passat res. El mateix passa amb els organismes vius. Milers d'espècies diferents, des de bacteris primitius fins a lèmurs avançats, són capaços de "morir" temporalment, que científicament s'anomena hibernació o hipobiosi. 

L'exemple clàssic són els gophers. Què en saps dels gophers? Aquests rosegadors normals de la família dels esquirols. Caven els seus propis visons, mengen herba, crien. Quan arriba l'hivern, els gophers passen sota terra. És aquí on, des del punt de vista científic, passa el més interessant. La hibernació de Gopher pot durar fins a 8 mesos. A la superfície, la gelada de vegades arriba a -50, el forat es congela fins a -5. Aleshores, la temperatura de les extremitats dels animals baixa a -2 i els òrgans interns a -2,9 graus. Per cert, durant l'hivern, el gopher dorm en fila només tres setmanes. Després surt de la hibernació durant unes hores, i després torna a adormir-se. Sense entrar en detalls bioquímics, diguem que es desperta per fer pipí i estirar-se. 

Un esquirol congelat viu a càmera lenta: la seva freqüència cardíaca baixa de 200-300 a 1-4 batecs per minut, respiració episòdica: 5-10 respiracions, i després la seva absència total durant una hora. El subministrament de sang al cervell es redueix en un 90%. Una persona normal no pot sobreviure a res semblant a això. Ni tan sols és capaç de convertir-se en un ós, la temperatura del qual baixa bastant durant la hibernació, de 37 a 34-31 graus. Aquests tres o cinc graus haurien estat suficients per a nosaltres: el cos hauria lluitat pel dret a mantenir la freqüència cardíaca, el ritme respiratori i restablir la temperatura corporal normal durant diverses hores més, però quan s'esgoten els recursos energètics, la mort és inevitable. 

patata peluda

Saps com és un gopher quan dorm? pregunta Zarif Amirkhanov, investigador sènior de l'Institut de Biofísica Cel·lular. “Com les patates del celler. Dur i fred. Només pelut. 

Mentrestant, el gopher sembla un gopher: rosega alegrement llavors. No és fàcil imaginar que aquesta alegre criatura pogués caure sobtadament en un estupor sense cap motiu i passar la major part de l'any així, i després, de nou, sense cap motiu, "caure" d'aquest estupor. 

Un dels misteris de la hipobiosi és que l'animal és bastant capaç de regular la seva condició per si mateix. No és necessari canviar la temperatura ambient per a això: els lèmurs de Madagascar cauen a la hibernació. Un cop a l'any, troben un buit, tapen l'entrada i van al llit durant set mesos, baixant la temperatura corporal a +10 graus. I al carrer al mateix temps tot igual +30. Alguns esquirols de terra, per exemple, els del Turquestan, també poden hivernar a la calor. No és tant la temperatura al voltant, sinó el metabolisme interior: la taxa metabòlica baixa un 60-70%. 

"Ja veus, aquest és un estat del cos completament diferent", diu Zarif. – La temperatura corporal baixa no com a causa, sinó com a conseqüència. S'activa un altre mecanisme regulador. Les funcions de desenes de proteïnes canvien, les cèl·lules deixen de dividir-se, en general, el cos es reconstrueix completament en poques hores. I després en les mateixes hores es torna a reconstruir. Sense influències externes. 

Llenya i estufa

La singularitat de la hibernació és que l'animal primer pot refredar-se i després escalfar-se sense ajuda externa. La pregunta és com?

 "És molt senzill", diu Lyudmila Kramarova. "Teixit adipós marró, has sentit?

Tots els animals de sang calenta, inclosos els humans, tenen aquest misteriós greix marró. A més, en els nadons és molt més que en un adult. Durant molt de temps, el seu paper en el cos va ser generalment incomprensible. De fet, hi ha greix normal, per què també marró?

 – Així doncs, va resultar que el greix marró fa el paper d'una estufa –explica Lyudmila– i el greix blanc només és llenya. 

El greix marró és capaç d'escalfar el cos de 0 a 15 graus. I després s'inclouen altres teixits a l'obra. Però només perquè hem trobat una estufa no vol dir que hàgim descobert com fer-la funcionar. 

"Hi ha d'haver alguna cosa que activa aquest mecanisme", diu Zarif. – El treball de tot l'organisme està canviant, és a dir, hi ha un centre determinat que controla i posa en marxa tot això. 

Aristòtil va arribar a estudiar la hibernació. No es pot dir que la ciència faci exactament això des de fa 2500 anys. De debò, aquest problema es va començar a considerar fa només 50 anys. La pregunta principal és: què en el cos desencadena el mecanisme d'hibernació? Si el trobem, entendrem com funciona, i si entenem com funciona, aprendrem a induir la hibernació en els que no dormen. Idealment, estem amb tu. Aquesta és la lògica de la ciència. Tanmateix, amb la hipobiosi, la lògica normal no va funcionar. 

Tot va començar des del final. L'any 1952, l'investigador alemany Kroll va publicar els resultats d'un experiment sensacional. En introduir un extracte del cervell de hàmsters adormits, eriçons i ratpenats al cos de gats i gossos, va provocar un estat d'hipobiosi en animals que no dormien. Quan el problema es va començar a tractar més de prop, va resultar que el factor d'hipobiosi no només es troba al cervell, sinó en general a qualsevol òrgan d'un animal que hiberna. Les rates hibernaven obedientment si se'ls injecta plasma sanguini, extractes d'estómac i fins i tot només l'orina dels esquirols de terra dormint. D'un got d'orina de gopher, els micos també es van adormir. L'efecte es reprodueix constantment. Tanmateix, es nega categòricament a reproduir-se en tots els intents d'aïllar una substància determinada: l'orina o la sang causen hipobiosi, però els seus components per separat no ho fan. Ni esquirols de terra, ni lèmurs, ni, en general, cap dels hivernants del cos es va trobar res que els distingís de tots els altres. 

La recerca del factor d'hipobiosi porta 50 anys en marxa, però el resultat és gairebé nul. No s'han trobat ni els gens responsables de la hibernació ni les substàncies que la provoquen. No està clar quin òrgan és responsable d'aquesta condició. Diversos experiments van incloure les glàndules suprarenals i la hipòfisi i l'hipotàlem i la glàndula tiroides a la llista de "sospitats", però cada vegada va resultar que només eren participants en el procés, però no els seus iniciadors.

 "Està clar que lluny de tota la gamma de substàncies que es troben en aquesta fracció bruta és eficaç", diu Lyudmila Kramarova. — Bé, si només perquè la majoria també en tenim. S'han estudiat milers de proteïnes i pèptids responsables de la nostra vida amb els esquirols terrestres. Però cap d'ells, almenys directament, està relacionat amb la hibernació. 

S'ha establert amb precisió que només la concentració de substàncies canvia al cos d'un gopher adormit, però encara es desconeix si s'hi forma alguna cosa nova. Com més avancen els científics, més s'inclinen a pensar que el problema no és el misteriós "factor del son". 

"El més probable és que aquesta sigui una seqüència complexa d'esdeveniments bioquímics", diu Kramarova. – Potser està actuant un còctel, és a dir, una barreja d'un cert nombre de substàncies en una concentració determinada. Potser és una cascada. És a dir, l'efecte consistent d'una sèrie de substàncies. A més, molt probablement, es tracta de proteïnes conegudes des de fa temps que tothom té. 

Resulta que la hibernació és una equació amb totes les conegudes. Com més senzill és, més difícil és de resoldre. 

Caos complet 

Amb la capacitat d'hibernar, la natura va fer un embolic complet. Alimentar els nadons amb llet, posar ous, mantenir una temperatura corporal constant: aquestes qualitats estan perfectament penjades a les branques de l'arbre evolutiu. I la hipobiosi es pot manifestar clarament en una espècie i, al mateix temps, estar completament absent en el seu parent més proper. Per exemple, les marmotes i els esquirols de terra de la família dels esquirols dormen als seus visons durant sis mesos. I els propis esquirols no pensen adormir-se fins i tot a l'hivern més sever. Però alguns ratpenats ( ratpenats ), insectívors ( eriçons ), marsupials i primats ( lèmurs ) cauen en hibernació. Però ni tan sols són cosins segons dels gophers. 

Alguns ocells, rèptils, insectes dormen. En general, no està molt clar sobre quina base la naturalesa els va triar, i no els altres, com a hivernants. I ella va triar? Fins i tot aquelles espècies que no estan gens familiaritzades amb la hibernació, sota determinades condicions, endevinen fàcilment de què es tracta. Per exemple, el gos de la praderia de cua negra (una família de rosegadors) s'adorm en un entorn de laboratori si es priva d'aigua i menjar i es col·loca en una habitació fosca i freda. 

Sembla que la lògica de la natura es basa precisament en això: si una espècie necessita sobreviure a la temporada de fam per sobreviure, té una opció amb hipobiosi en reserva. 

"Sembla que estem davant d'un antic mecanisme regulador, que és inherent a qualsevol criatura viva en general", pensa Zarif en veu alta. – I això ens porta a un pensament paradoxal: no és estrany que els gophers dormin. El més estrany és que nosaltres mateixos no hibernem. Potser seríem bastant capaços d'hipobiosi si tot en l'evolució es desenvolupés en línia recta, és a dir, segons el principi d'afegir noves qualitats mantenint les velles. 

Tanmateix, segons els científics, una persona en relació a la hibernació no està del tot desesperada. Els aborígens australians, els bussejadors de perles i els ioguis indis poden minimitzar les funcions fisiològiques del cos. Que aquesta habilitat s'aconsegueixi amb un llarg entrenament, però s'aconsegueix! Fins ara, cap científic ha estat capaç de posar una persona en una hibernació total. La narcosi, el son letàrgic, el coma són estats propers a la hipobiosi, però tenen una base diferent i es perceben com una patologia. 

Els experiments per introduir una persona a la hibernació aviat començaran els metges ucraïnesos. El mètode que van desenvolupar es basa en dos factors: alts nivells de diòxid de carboni a l'aire i baixes temperatures. Potser aquests experiments no ens permetran entendre completament la naturalesa de la hibernació, però almenys convertir la hipobiosi en un procediment clínic complet. 

Pacient enviat a dormir 

En el moment de la hibernació, el gopher no té por no només del fred, sinó també de les principals malalties del gopher: isquèmia, infeccions i malalties oncològiques. A causa de la pesta, un animal despert mor en un dia, i si s'infecta en estat de son, no li importa. Hi ha grans oportunitats per als metges. La mateixa anestèsia no és l'estat més agradable per al cos. Per què no substituir-lo per una hibernació més natural? 

Imagineu la situació: el pacient està a punt de la vida o la mort, el rellotge compta. I sovint aquestes hores no són suficients per fer una operació o trobar un donant. I en hivernació, gairebé qualsevol malaltia es desenvolupa com a càmera lenta, i ja no parlem d'hores, sinó de dies, o fins i tot de setmanes. Si doneu via lliure a la vostra imaginació, us podeu imaginar com els pacients desesperats es troben immersos en un estat d'hipobiosi amb l'esperança que algun dia es trobin els mitjans necessaris per al seu tractament. Les empreses dedicades a la criònica fan una cosa semblant, només que congelen una persona ja morta, i no és gaire realista restaurar un organisme que ha estat durant deu anys en nitrogen líquid.

 El mecanisme d'hibernació pot ajudar a comprendre una varietat de malalties. Per exemple, el científic búlgar Veselin Denkov al seu llibre "A la vora de la vida" suggereix parar atenció a la bioquímica d'un ós adormit: "Si els científics aconsegueixen obtenir en la seva forma pura una substància (presumiblement una hormona) que entra al cos. de l'hipotàlem dels óssos, amb l'ajuda del qual es regulen els processos vitals durant la hibernació, podran tractar amb èxit les persones que pateixen malalties renals. 

Fins ara, els metges desconfien molt de la idea d'utilitzar la hibernació. Tot i així, és perillós fer front a un fenomen que no s'entén del tot.