Daan-daang species ng hayop ang maaaring mag-hibernate. Ang metabolic rate sa kanilang mga organismo ay nabawasan ng sampung beses. Hindi sila makakain at halos hindi makahinga. Ang kundisyong ito ay patuloy na isa sa pinakamalaking misteryong pang-agham. Ang paglutas nito ay maaaring humantong sa mga tagumpay sa maraming lugar, mula sa oncology hanggang sa paglipad sa kalawakan. Gusto ng mga siyentipiko na gawing hibernate ang isang tao.
“Nagtrabaho ako sa Sweden sa loob ng isang taon at hindi ko makatulog ang mga gopher sa loob ng isang taon,” pag-amin ni Lyudmila Kramarova, senior researcher sa Institute of Theoretical and Experimental Biophysics ng Russian Academy of Sciences (Pushchino).
Sa Kanluran, ang mga karapatan ng mga hayop sa laboratoryo ay detalyado - ang Deklarasyon ng Mga Karapatang Pantao ay nagpapahinga. Ngunit ang mga eksperimento sa pag-aaral ng hibernation ay hindi maaaring isagawa.
– Ang tanong, bakit sila matutulog kung mainit sa gopher house at pinakain mula sa tiyan? Ang mga gopher ay hindi tanga. Dito sa laboratory namin, mabilis silang matutulog sa akin!
Ang pinakamabait na si Lyudmila Ivanovna ay mahigpit na tinapik ang kanyang daliri sa mesa at pinag-uusapan ang tungkol sa laboratoryo gopher na nakatira sa kanyang lugar. “Susya!” tawag niya mula sa pintuan. “Bayad-bayad!” – tumugon ang gopher, na sa pangkalahatan ay hindi pinaamo. Itong si Susya ay hindi nakatulog kahit isang beses sa tatlong taon sa bahay. Sa taglamig, kapag naging mas malamig sa apartment, umakyat siya sa ilalim ng radiator at nagpainit ng kanyang ulo. "Bakit?" tanong ni Lyudmila Ivanovna. Siguro ang sentro ng regulasyon ng hibernation ay nasa isang lugar sa utak? Hindi pa alam ng mga siyentipiko. Ang kalikasan ng hibernation ay isa sa mga pangunahing intriga sa modernong biology.
Pansamantalang kamatayan
Salamat sa Microsoft, ang aming wika ay pinayaman ng isa pang buzzword – hibernation. Ito ang pangalan ng mode kung saan pumapasok ang Windows Vista sa computer upang mabawasan ang pagkonsumo ng kuryente. Ang makina ay tila naka-off, ngunit ang lahat ng data ay nai-save sa parehong oras: Pinindot ko ang pindutan - at lahat ay gumana na parang walang nangyari. Ang parehong bagay ay nangyayari sa mga buhay na organismo. Libu-libong iba't ibang uri ng hayop - mula sa mga primitive na bakterya hanggang sa mga advanced na lemur - ay maaaring pansamantalang "mamamatay", na ayon sa siyensiya ay tinatawag na hibernation, o hypobiosis.
Ang klasikong halimbawa ay gophers. Ano ang alam mo tungkol sa mga gopher? Normal ang gayong mga daga mula sa pamilya ng ardilya. Naghuhukay sila ng sarili nilang minks, kumakain ng damo, nag-breed. Pagdating ng taglamig, ang mga gopher ay pumupunta sa ilalim ng lupa. Ito ay kung saan, mula sa isang pang-agham na pananaw, ang pinaka-kagiliw-giliw na bagay ay nangyayari. Maaaring tumagal ng hanggang 8 buwan ang Gopher hibernation. Sa ibabaw, ang hamog na nagyelo minsan ay umabot sa -50, ang butas ay nagyeyelo hanggang -5. Pagkatapos ang temperatura ng mga limbs ng mga hayop ay bumaba sa -2, at ang mga panloob na organo sa -2,9 degrees. Sa pamamagitan ng paraan, sa panahon ng taglamig, ang gopher ay natutulog nang sunud-sunod sa loob lamang ng tatlong linggo. Pagkatapos ay lumabas ito sa hibernation sa loob ng ilang oras, at pagkatapos ay matutulog muli. Nang hindi pumasok sa mga biochemical na detalye, sabihin nating nagising siya para umihi at mag-inat.
Ang isang frozen na ground squirrel ay nabubuhay sa mabagal na paggalaw: ang rate ng puso nito ay bumaba mula 200-300 hanggang 1-4 na mga beats bawat minuto, episodic na paghinga - 5-10 na paghinga, at pagkatapos ay ang kanilang kumpletong kawalan sa loob ng isang oras. Ang suplay ng dugo sa utak ay nabawasan ng halos 90%. Ang isang ordinaryong tao ay hindi makakaligtas sa anumang bagay na malapit dito. Ni hindi niya magawang maging tulad ng isang oso, na ang temperatura ay bumaba nang kaunti sa panahon ng hibernation - mula 37 hanggang 34-31 degrees. Ang tatlo hanggang limang degree na ito ay sapat na para sa amin: ang katawan ay nakipaglaban para sa karapatang mapanatili ang tibok ng puso, ritmo ng paghinga at ibalik ang normal na temperatura ng katawan sa loob ng ilang oras, ngunit kapag naubos ang mga mapagkukunan ng enerhiya, ang kamatayan ay hindi maiiwasan.
mabalahibong patatas
Alam mo ba kung ano ang hitsura ng isang gopher kapag ito ay natutulog? tanong ni Zarif Amirkhanov, senior researcher sa Institute of Cell Biophysics. "Tulad ng patatas mula sa cellar. Matigas at malamig. Mabalahibo lang.
Samantala, ang gopher ay mukhang isang gopher - tuwang-tuwa itong gumagapang ng mga buto. Hindi madaling isipin na ang masayang nilalang na ito ay maaaring biglang mahulog sa pagkahilo nang walang dahilan at gumugol ng halos buong taon na tulad nito, at pagkatapos, muli, nang walang dahilan, "mahulog" sa pagkahilo na ito.
Ang isa sa mga misteryo ng hypobiosis ay ang hayop ay lubos na may kakayahang i-regulate ang kondisyon nito sa sarili nitong. Ang pagbabago sa temperatura ng kapaligiran ay hindi kinakailangan para dito - ang mga lemur mula sa Madagascar ay nahuhulog sa hibernation. Minsan sa isang taon, nakakahanap sila ng isang guwang, isaksak ang pasukan at natutulog sa loob ng pitong buwan, pinababa ang temperatura ng kanilang katawan sa +10 degrees. At sa kalye sa parehong oras lahat ng parehong +30. Ang ilang mga ground squirrel, halimbawa, Turkestan, ay maaari ding mag-hibernate sa init. Ito ay hindi gaanong temperatura sa paligid, ngunit ang metabolismo sa loob: ang metabolic rate ay bumaba ng 60-70%.
"Nakikita mo, ito ay isang ganap na naiibang estado ng katawan," sabi ni Zarif. – Ang temperatura ng katawan ay bumaba hindi bilang isang dahilan, ngunit bilang isang resulta. Ang isa pang mekanismo ng regulasyon ay isinaaktibo. Ang mga pag-andar ng dose-dosenang mga protina ay nagbabago, ang mga selula ay huminto sa paghahati, sa pangkalahatan, ang katawan ay ganap na itinayong muli sa loob ng ilang oras. At pagkatapos ay sa parehong ilang oras ito ay itinayong muli. Walang impluwensya sa labas.
Panggatong at kalan
Ang kakaiba ng hibernation ay ang hayop ay maaaring magpalamig muna at pagkatapos ay magpainit nang walang tulong mula sa labas. Ang tanong ay paano?
"Napakasimple nito," sabi ni Lyudmila Kramarova. “Brown adipose tissue, narinig mo ba?
Ang lahat ng mga hayop na may mainit na dugo, kabilang ang mga tao, ay may ganitong misteryosong brown na taba. Bukod dito, sa mga sanggol ay higit pa ito kaysa sa isang may sapat na gulang. Sa loob ng mahabang panahon, ang papel nito sa katawan ay karaniwang hindi maintindihan. Sa katunayan, may ordinaryong taba, bakit kayumanggi din?
- Kaya, lumabas na ang brown fat ay gumaganap ng papel ng isang kalan, - paliwanag ni Lyudmila, - at ang puting taba ay kahoy na panggatong lamang.
Ang brown fat ay nakapagpapainit ng katawan mula 0 hanggang 15 degrees. At pagkatapos ay ang iba pang mga tela ay kasama sa trabaho. Ngunit dahil lamang sa nakakita kami ng kalan ay hindi nangangahulugan na naisip na namin kung paano ito gagawin.
"Dapat mayroong isang bagay na lumiliko sa mekanismong ito," sabi ni Zarif. – Ang gawain ng buong organismo ay nagbabago, na nangangahulugan na mayroong isang tiyak na sentro na kumokontrol at naglulunsad ng lahat ng ito.
Ipinamana ni Aristotle na mag-aral ng hibernation. Hindi masasabi na ang agham ay ginagawa na iyon mula noong 2500 taon. Seryoso ang problemang ito ay nagsimulang isaalang-alang lamang 50 taon na ang nakalilipas. Ang pangunahing tanong ay: ano sa katawan ang nag-trigger ng mekanismo ng hibernation? Kung nahanap natin ito, mauunawaan natin kung paano ito gumagana, at kung naiintindihan natin kung paano ito gumagana, matututunan natin kung paano mag-udyok ng hibernation sa mga hindi natutulog. Sa isip, kami ay kasama mo. Ito ang lohika ng agham. Gayunpaman, sa hypobiosis, ang normal na lohika ay hindi gumana.
Nagsimula ang lahat sa dulo. Noong 1952, inilathala ng German researcher na si Kroll ang mga resulta ng isang kahindik-hindik na eksperimento. Sa pamamagitan ng pagpapasok ng katas ng utak ng mga natutulog na hamster, hedgehog at paniki sa katawan ng mga pusa at aso, nagdulot siya ng estado ng hypobiosis sa mga hindi natutulog na hayop. Nang ang problema ay nagsimulang harapin nang mas malapit, ito ay lumabas na ang hypobiosis factor ay nakapaloob hindi lamang sa utak, ngunit sa pangkalahatan sa anumang organ ng isang hibernating na hayop. Ang mga daga ay masunuring nag-hibernate kung sila ay naturukan ng plasma ng dugo, mga katas sa tiyan, at kahit na ang ihi lamang ng mga natutulog na lupang squirrels. Mula sa isang baso ng ihi ng gopher, nakatulog din ang mga unggoy. Ang epekto ay patuloy na muling ginawa. Gayunpaman, ito ay tiyak na tumatangging kopyahin sa lahat ng mga pagtatangka na ihiwalay ang isang partikular na sangkap: ang ihi o dugo ay nagdudulot ng hypobiosis, ngunit ang kanilang mga bahagi ay hiwalay na hindi. Ni ang ground squirrels, o lemurs, o, sa pangkalahatan, alinman sa mga hibernator sa katawan ay walang nakitang anumang bagay na magpapaiba sa kanila sa lahat ng iba pa.
Ang paghahanap para sa hypobiosis factor ay nagpapatuloy sa loob ng 50 taon, ngunit ang resulta ay halos zero. Ni ang mga gene na responsable para sa hibernation o ang mga sangkap na sanhi nito ay hindi natagpuan. Hindi malinaw kung aling organ ang may pananagutan sa kondisyong ito. Kasama sa iba't ibang mga eksperimento ang adrenal glands, at ang pituitary gland, at ang hypothalamus, at ang thyroid gland sa listahan ng "mga suspek", ngunit sa bawat oras na ito ay lumalabas na sila ay mga kalahok lamang sa proseso, ngunit hindi ang mga nagsisimula nito.
"Maliwanag na malayo sa buong hanay ng mga sangkap na nasa maruming bahaging ito ay epektibo," sabi ni Lyudmila Kramarova. — Buweno, kung dahil lamang sa karamihan ay mayroon din tayo. Libu-libong mga protina at peptides na responsable para sa ating buhay na may mga ground squirrels ang napag-aralan. Ngunit wala sa kanila - direkta, hindi bababa sa - ay konektado sa hibernation.
Ito ay tiyak na itinatag na ang konsentrasyon lamang ng mga sangkap ang nagbabago sa katawan ng isang natutulog na gopher, ngunit kung may nabuong bago doon ay hindi pa rin alam. Habang sumusulong ang mga siyentipiko, mas lalo silang nag-iisip na ang problema ay hindi ang misteryosong "sleep factor".
"Malamang, ito ay isang kumplikadong pagkakasunud-sunod ng mga biochemical na kaganapan," sabi ni Kramarova. – Marahil ang isang cocktail ay kumikilos, iyon ay, isang halo ng isang tiyak na bilang ng mga sangkap sa isang tiyak na konsentrasyon. Siguro ito ay isang kaskad. Iyon ay, ang pare-parehong epekto ng isang bilang ng mga sangkap. Bukod dito, malamang, ang mga ito ay matagal nang kilalang protina na mayroon ang lahat.
Lumalabas na ang hibernation ay isang equation sa lahat ng kilala. Kung mas simple ito, mas mahirap itong lutasin.
Ganap na kaguluhan
Sa kakayahang mag-hibernate, ang kalikasan ay gumawa ng isang kumpletong gulo. Ang pagpapakain sa mga sanggol ng gatas, nangingitlog, pagpapanatili ng pare-parehong temperatura ng katawan - ang mga katangiang ito ay maayos na nakabitin sa mga sanga ng puno ng ebolusyon. At ang hypobiosis ay maaaring malinaw na maipakita sa isang species at sa parehong oras ay ganap na wala sa pinakamalapit na kamag-anak nito. Halimbawa, ang mga marmot at ground squirrel mula sa pamilya ng squirrel ay natutulog sa kanilang mga mink sa loob ng anim na buwan. At ang mga squirrel mismo ay hindi nag-iisip na makatulog kahit na sa pinakamatinding taglamig. Ngunit ang ilang mga paniki (panig), insectivores (hedgehogs), marsupial at primates (lemurs) ay nahuhulog sa hibernation. Ngunit hindi sila kahit na pangalawang pinsan sa mga gopher.
Ang ilang mga ibon, reptilya, insekto ay natutulog. Sa pangkalahatan, hindi masyadong malinaw kung anong batayan ang pinili ng kalikasan sa kanila, at hindi ang iba, bilang mga hibernator. At siya ba ang pumili? Kahit na ang mga species na hindi pamilyar sa hibernation sa lahat, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, madaling hulaan kung ano ito. Halimbawa, ang black-tailed prairie dog (isang pamilya ng mga rodent) ay natutulog sa isang laboratoryo kung walang tubig at pagkain at inilagay sa isang madilim at malamig na silid.
Tila ang lohika ng kalikasan ay tiyak na nakabatay dito: kung ang isang species ay kailangang mabuhay sa panahon ng gutom upang mabuhay, mayroon itong opsyon na may nakalaan na hypobiosis.
"Mukhang nakikitungo tayo sa isang sinaunang mekanismo ng regulasyon, na likas sa anumang buhay na nilalang sa pangkalahatan," malakas na iniisip ni Zarif. – At ito ay humahantong sa atin sa isang kabalintunaan na pag-iisip: hindi kataka-taka na ang mga gopher ay natutulog. Ang kakaiba ay tayo mismo ay hindi naghibernate. Marahil ay lubos tayong may kakayahang magkaroon ng hypobiosis kung ang lahat sa ebolusyon ay nabuo sa isang tuwid na linya, iyon ay, ayon sa prinsipyo ng pagdaragdag ng mga bagong katangian habang pinapanatili ang mga luma.
Gayunpaman, ayon sa mga siyentipiko, ang isang tao na may kaugnayan sa hibernation ay hindi ganap na walang pag-asa. Maaaring bawasan ng mga Aboriginal na Australyano, pearl divers, Indian yogis ang mga physiological function ng katawan. Hayaan ang kasanayang ito na makamit sa pamamagitan ng mahabang pagsasanay, ngunit ito ay nakamit! Sa ngayon, walang siyentipiko ang nakapaglagay ng isang tao sa isang ganap na hibernation. Ang narcosis, matamlay na pagtulog, pagkawala ng malay ay mga estado na malapit sa hypobiosis, ngunit mayroon silang ibang batayan, at sila ay itinuturing na isang patolohiya.
Ang mga eksperimento upang ipakilala ang isang tao sa hibernation ay malapit nang magsimula sa mga our country na doktor. Ang pamamaraan na kanilang binuo ay batay sa dalawang salik: mataas na antas ng carbon dioxide sa hangin at mababang temperatura. Marahil ang mga eksperimento na ito ay hindi magpapahintulot sa amin na lubos na maunawaan ang likas na katangian ng hibernation, ngunit hindi bababa sa gawing isang ganap na klinikal na pamamaraan ang hypobiosis.
Pinatulog ang pasyente
Sa oras ng pagtulog sa panahon ng taglamig, ang gopher ay hindi natatakot hindi lamang sa lamig, kundi pati na rin sa mga pangunahing karamdaman ng gopher: ischemia, impeksyon, at mga sakit sa oncological. Mula sa salot, ang isang nakakagising na hayop ay namamatay sa isang araw, at kung ito ay nahawahan sa isang inaantok na estado, wala itong pakialam. Mayroong malaking pagkakataon para sa mga manggagamot. Ang parehong kawalan ng pakiramdam ay hindi ang pinaka-kaaya-ayang estado para sa katawan. Bakit hindi ito palitan ng mas natural na hibernation?
Isipin ang sitwasyon: ang pasyente ay nasa bingit ng buhay at kamatayan, ang orasan ay binibilang. At kadalasan ang mga oras na ito ay hindi sapat para magsagawa ng operasyon o maghanap ng donor. At sa hibernation, halos anumang sakit ay nabubuo tulad ng sa slow motion, at hindi na oras ang pinag-uusapan, kundi mga araw, o kahit na linggo. Kung bibigyan mo ng kalayaan ang iyong imahinasyon, maaari mong isipin kung paano ang mga walang pag-asa na pasyente ay nahuhulog sa isang estado ng hypobiosis sa pag-asa na balang araw ang mga paraan na kinakailangan para sa kanilang paggamot ay matatagpuan. Ang mga kumpanya na nakikibahagi sa cryonics ay gumagawa ng isang katulad na bagay, tanging sila ay nag-freeze ng isang patay na, at halos hindi makatotohanang ibalik ang isang organismo na nakahiga sa loob ng sampung taon sa likidong nitrogen.
Ang mekanismo ng hibernation ay makakatulong upang maunawaan ang iba't ibang mga karamdaman. Halimbawa, ang Bulgarian scientist na si Veselin Denkov sa kanyang aklat na "On the Edge of Life" ay nagmumungkahi na bigyang pansin ang biochemistry ng isang natutulog na oso: "Kung ang mga siyentipiko ay nakakuha sa dalisay nitong anyo ng isang sangkap (marahil isang hormone) na pumapasok sa katawan mula sa hypothalamus ng mga oso, sa tulong ng kung saan ang mga proseso ng buhay ay kinokontrol sa panahon ng pagtulog sa panahon ng taglamig, pagkatapos ay matagumpay nilang mapapagamot ang mga taong nagdurusa sa sakit sa bato.
Sa ngayon, ang mga doktor ay lubhang maingat sa ideya ng paggamit ng hibernation. Gayunpaman, mapanganib na harapin ang isang kababalaghan na hindi lubos na nauunawaan.