Sajad loomaliigid võivad talveunne jääda. Nende organismide ainevahetuse kiirus väheneb kümme korda. Nad ei saa süüa ega hingata. See seisund on jätkuvalt üks suurimaid teaduslikke saladusi. Selle lahendamine võib viia läbimurdeni paljudes valdkondades, alates onkoloogiast ja lõpetades kosmoselendudega. Teadlased tahavad panna inimese talveunne.
„Töötasin aasta Rootsis ja ei saanud aasta aega pätid magama,” tunnistab Ljudmila Kramarova, Venemaa Teaduste Akadeemia (Puštšino) teoreetilise ja eksperimentaalse biofüüsika instituudi vanemteadur.
Läänes on laboriloomade õigused detailsed – inimõiguste deklaratsioon puhkab. Kuid talveunerežiimi uurimise katseid ei saa läbi viia.
– Küsimus on selles, et miks nad peaksid magama, kui kollimajas on soe ja toidetakse kõhust? Gopherid ei ole rumalad. Siin meie laboris jääksid nad minuga kiiresti magama!
Lahkeim Ljudmila Ivanovna koputab karmilt näpuga vastu lauda ja räägib tema juures elanud laboratooriumist. "Susya!" hüüdis ta uksest. "Maksa-maksa!" – vastas gopher, mida üldiselt ei taltsutata. See Susya ei jäänud kodus kolme aasta jooksul isegi mitte kordagi magama. Talvel, kui korteris märgatavalt külmemaks läks, ronis ta radiaatori alla ja soojendas pead. "Miks?" küsib Ljudmila Ivanovna. Võib-olla on talveune regulatiivne keskus kuskil ajus? Teadlased veel ei tea. Talveune olemus on tänapäeva bioloogia üks peamisi intriige.
Ajutine surm
Tänu Microsoftile on meie keel täienenud veel ühe moesõnaga – talveune. See on režiimi nimi, milles Windows Vista energiatarbimise minimeerimiseks arvutisse siseneb. Masin oleks justkui välja lülitatud, aga kõik andmed salvestatakse korraga: vajutasin nuppu – ja kõik toimis, nagu poleks midagi juhtunud. Sama juhtub elusorganismidega. Tuhanded erinevad liigid – primitiivsetest bakteritest kuni arenenud leemuriteni – on võimelised ajutiselt “surma”, mida teaduslikult nimetatakse talveuneks ehk hüpobioosiks.
Klassikaline näide on gophers. Mida sa tead gopheridest? Normaalsed sellised närilised oravate sugukonnast. Nad kaevavad ise oma naaritsaid, söövad rohtu, sigivad. Talve saabudes lähevad gopherid maa alla. See on koht, kus teaduslikust seisukohast kõige huvitavam juhtub. Gopheri talveunerežiim võib kesta kuni 8 kuud. Pinnal ulatub pakane mõnikord -50-ni, auk külmub -5-ni. Seejärel langeb loomade jäsemete temperatuur -2 ja siseorganite temperatuur -2,9 kraadini. Muide, talvitamise ajal magab gopher järjest vaid kolm nädalat. Siis tuleb see mõneks tunniks talveunest välja ja jääb siis uuesti magama. Laskumata biokeemilistesse detailidesse, oletame, et ta ärkab pissile ja venitama.
Külmunud maaorav elab aegluubis: tema pulss langeb 200-300-lt 1-4 löögile minutis, episoodiline hingamine - 5-10 hingetõmmet ja seejärel täielik puudumine tund aega. Aju verevarustus väheneb umbes 90%. Tavainimene ei suuda midagi selle lähedalt üle elada. Ta ei suuda muutuda isegi karu sarnaseks, kelle temperatuur talveune ajal päris palju langeb – 37-lt 34-31 kraadini. Nendest kolmest kuni viiest kraadist oleks meile piisanud: keha oleks võidelnud õiguse eest hoida pulssi, hingamisrütmi ja taastada normaalne kehatemperatuur veel mitu tundi, kuid energiavarude lõppedes on surm vältimatu.
karvane kartul
Kas sa tead, milline näeb välja und und? küsib Rakubiofüüsika Instituudi vanemteadur Zarif Amirkhanov. “Nagu kartul keldrist. Kõva ja külm. Ainult karvane.
Vahepeal näeb pätt välja nagu pätt – närib rõõmsalt seemneid. Pole lihtne ette kujutada, et see rõõmsameelne olend võib ootamatult ilma põhjuseta stuuporisse langeda ja suurema osa aastast niimoodi veeta ning siis jällegi ilma põhjuseta sellest uimastusest “välja kukkuda”.
Üks hüpobioosi mõistatusi on see, et loom on üsna võimeline oma seisundit ise reguleerima. Välistemperatuuri muutus pole selleks sugugi vajalik – Madagaskarilt pärit leemurid jäävad talveunne. Kord aastas leiavad nad lohu, sulgevad sissepääsu ja lähevad seitsmeks kuuks magama, alandades kehatemperatuuri +10 kraadini. Ja tänaval samal ajal kõik sama +30. Mõned maa-oravad, näiteks Turkestani omad, võivad ka kuumaga talveunne jääda. Asi pole mitte niivõrd temperatuuris ümber, vaid ainevahetuses sees: ainevahetuse kiirus langeb 60-70%.
"Näete, see on täiesti erinev keha seisund," ütleb Zarif. – Kehatemperatuur ei lange mitte põhjusena, vaid tagajärjena. Aktiveeritakse veel üks reguleerimismehhanism. Kümnete valkude funktsioonid muutuvad, rakud lõpetavad jagunemise, üldiselt ehitatakse keha mõne tunniga täielikult ümber. Ja siis sama paari tunniga ehitatakse see tagasi. Ei mingeid välismõjusid.
Küttepuud ja pliit
Talveune ainulaadsus seisneb selles, et loom saab esmalt maha jahtuda ja seejärel soojendada ilma kõrvalise abita. Küsimus on selles, kuidas?
"See on väga lihtne," ütleb Ljudmila Kramarova. "Pruun rasvkude, kas olete kuulnud?
Kõikidel soojaverelistel loomadel, sealhulgas inimestel, on see salapärane pruun rasv. Pealegi on imikutel seda palju rohkem kui täiskasvanul. Pikka aega oli selle roll organismis üldiselt arusaamatu. Tegelikult on tavaline rasv, miks ka pruun?
„Nii selgus, et pruun rasv täidab ahju rolli,“ selgitab Ljudmila, ja valge rasv on lihtsalt küttepuud.
Pruun rasv on võimeline soojendama keha 0 kuni 15 kraadi. Ja siis on töösse kaasatud ka muud kangad. Kuid see, et oleme pliidi leidnud, ei tähenda, et oleksime välja mõelnud, kuidas see tööle panna.
"Seal peab olema midagi, mis selle mehhanismi sisse lülitab, " ütleb Zarif. – Muutub kogu organismi töö, mis tähendab, et on olemas kindel keskus, mis seda kõike kontrollib ja käivitab.
Aristoteles pärandas talveunest õppimise. Ei saa öelda, et teadus oleks seda teinud juba 2500 aastat. Tõsiselt hakati seda probleemi käsitlema alles 50 aastat tagasi. Põhiküsimus on: mis kehas käivitab talveune mehhanismi? Kui leiame, saame aru, kuidas see toimib, ja kui saame aru, kuidas see toimib, siis õpime, kuidas mittemagajatele talveunne esile kutsuda. Ideaalis oleme teiega. See on teaduse loogika. Hüpobioosi puhul aga normaalne loogika ei töötanud.
Kõik algas lõpust. 1952. aastal avaldas Saksa teadlane Kroll sensatsioonilise eksperimendi tulemused. Viies kasside ja koerte kehasse magavate hamstrite, siilide ja nahkhiirte ajuekstrakti, põhjustas ta mitteuinuvatel loomadel hüpobioosi seisundi. Kui probleemiga lähemalt tegelema hakati, selgus, et hüpobioosifaktor ei sisaldu mitte ainult ajus, vaid üldiselt igas talveuneva looma organis. Rotid jäid kuulekalt talveunne, kui neile süstiti vereplasmat, maoekstrakte ja isegi ainult magavate maa-oravate uriini. Klaasist gopheri uriinist jäid magama ka ahvid. Mõju reprodutseeritakse järjekindlalt. Kuid see keeldub kategooriliselt reprodutseerimisest kõigis katsetes teatud ainet isoleerida: uriin või veri põhjustavad hüpobioosi, kuid nende komponendid eraldi mitte. Ei maa-oravaid, leemureid ega üldiselt ühtegi talveunest kehast ei leitud midagi, mis neid kõigist teistest eristaks.
Hüpobioosifaktori otsimine on kestnud juba 50 aastat, kuid tulemus on peaaegu null. Ei ole leitud ei talveune eest vastutavaid geene ega seda põhjustavaid aineid. Ei ole selge, milline organ selle seisundi eest vastutab. Erinevates katsetes olid “kahtlusaluste” nimekirjas ka neerupealised, hüpofüüs, hüpotalamus ja kilpnääre, kuid iga kord selgus, et nad olid vaid protsessis osalejad, aga mitte selle algatajad.
"On selge, et kaugeltki mitte kõik selles määrdunud fraktsioonis olevad ained pole tõhusad," ütleb Ljudmila Kramarova. — Noh, kasvõi sellepärast, et meil on ka neid enamasti. Uuritud on tuhandeid valke ja peptiide, mis vastutavad meie elu eest koos maa-oravatega. Kuid ükski neist pole – vähemalt otseselt – seotud talveunega.
Täpselt on kindlaks tehtud, et magava kulli kehas muutub vaid ainete kontsentratsioon, kuid kas seal midagi uut tekib, pole veel teada. Mida kaugemale teadlased edenevad, seda enam kalduvad nad arvama, et probleem ei ole salapärases unefaktoris.
"Tõenäoliselt on see biokeemiliste sündmuste kompleksne jada," ütleb Kramarova. – Võib-olla toimib kokteil, st teatud kontsentratsioonis teatud arvu ainete segu. Võib-olla on see kaskaad. See tähendab, et mitmete ainete järjekindel mõju. Pealegi on need tõenäoliselt juba ammu tuntud valgud, mida kõigil on.
Selgub, et talveunerežiim on võrrand kõigi teadaolevatega. Mida lihtsam see on, seda keerulisem on seda lahendada.
Täielik kaos
Talveunevõimega lõi loodus täieliku segaduse. Imikute toitmine piimaga, munemine, püsiva kehatemperatuuri hoidmine – need omadused on evolutsioonipuu okste külge korralikult riputatud. Ja hüpobioos võib selgelt avalduda ühel liigil ja samal ajal olla selle lähimas sugulases täielikult puudu. Näiteks oravate suguvõsast pärit marmotid ja maa-oravad magavad oma naaritsates kuus kuud. Ja oravad ise ei mõtle isegi kõige karmimal talvel magama jääda. Kuid mõned nahkhiired (nahkhiired), putuktoidulised (siilid), kukkurloomad ja primaadid (leemurid) langevad talveunne. Kuid nad pole isegi gopheride sugulased.
Mõned linnud, roomajad, putukad magavad. Üldiselt ei ole väga selge, mille alusel loodus just nemad talveunestajateks valis, mitte teised. Ja kas ta valis? Isegi need liigid, kes talveunest üldse tuttavad ei ole, arvavad teatud tingimustel kergesti ära, millega tegu. Näiteks mustsaba-preeriakoer (näriliste perekond) jääb laboritingimustes magama, kui tal puudub vesi ja toit ning ta pannakse pimedasse külma ruumi.
Tundub, et looduse loogika põhineb just sellel: kui liigil on ellujäämiseks vaja näljahooaeg üle elada, on tal varuks variant, kus hüpobioos on.
"Tundub, et meil on tegemist iidse reguleerimismehhanismiga, mis on omane igale elusolendile üldiselt," arvab Zarif valjusti. – Ja see viib meid paradoksaalse mõtteni: pole imelik, et gopherid magavad. Kummaline on see, et me ise ei jää talveunne. Võib-olla oleksime hüpobioosiks üsna võimelised, kui evolutsioonis areneks kõik sirgjooneliselt ehk vastavalt põhimõttele lisada uusi omadusi, säilitades samas vanad.
Teadlaste sõnul pole aga inimene talveunerežiimiga seoses täiesti lootusetu. Austraallased aborigeenid, pärlisukeldujad, India joogid võivad keha füsioloogilisi funktsioone minimeerida. Saagu see oskus pika treeninguga, aga saavutatakse! Seni pole ükski teadlane suutnud inimest täisväärtuslikku talveunne panna. Narkoos, letargiline uni, kooma on hüpobioosile lähedased seisundid, kuid neil on erinev alus ja neid tajutakse patoloogiana.
Ukraina arstid alustavad peagi katseid inimese talveunerežiimi viimiseks. Nende väljatöötatud meetod põhineb kahel teguril: kõrge süsinikdioksiidi sisaldus õhus ja madalad temperatuurid. Võib-olla ei võimalda need katsed meil täielikult mõista talveune olemust, vaid muudavad hüpobioosi vähemalt täieõiguslikuks kliiniliseks protseduuriks.
Patsient saadeti magama
Talveune ajal ei karda gopher mitte ainult külma, vaid ka peamisi vaevusi: isheemiat, infektsioone ja onkoloogilisi haigusi. Katku sureb ärkvel olev loom päevaga ja kui ta nakatub unises olekus, siis on tal sellest ükskõik. Arstide jaoks on suured võimalused. Sama tuimestus ei ole kehale just kõige meeldivam seisund. Miks mitte asendada see loomulikuma talveunerežiimiga?
Kujutage ette olukorda: patsient on elu ja surma äärel, kell loeb. Ja sageli ei piisa nendest tundidest operatsiooni tegemiseks või doonori leidmiseks. Ja talveunest areneb peaaegu iga haigus nagu aegluubis ja me ei räägi enam tundidest, vaid päevadest või isegi nädalatest. Kui fantaasiale vabad käed anda, võib ette kujutada, kuidas lootusetud patsiendid on hüpobioosiseisundisse sukeldunud, lootuses, et kunagi leitakse nende raviks vajalikud vahendid. Krüoonikaga tegelevad firmad teevad midagi sarnast, ainult külmutavad juba surnud inimese ja vaevalt on reaalne taastada kümme aastat vedelas lämmastikus lebanud organismi.
Talveunerežiimi mehhanism võib aidata mõista mitmesuguseid haigusi. Näiteks Bulgaaria teadlane Veselin Denkov soovitab oma raamatus “Elu äärel” pöörata tähelepanu magava karu biokeemiale: “Kui teadlastel õnnestub saada puhtal kujul ainet (arvatavasti hormooni), mis satub organismi. karude hüpotalamusest, mille abil reguleeritakse talveune ajal eluprotsesse, siis saavad nad edukalt ravida neeruhaigust põdevaid inimesi.
Seni on arstid talveunerežiimi kasutamise idee suhtes väga ettevaatlikud. Siiski on ohtlik tegeleda nähtusega, mida ei mõisteta täielikult.