Centinaia di specie animali possono andare in letargo. Il tasso metabolico nei loro organismi è ridotto di dieci volte. Non possono mangiare e respirare a malapena. Questa condizione continua ad essere uno dei più grandi misteri scientifici. Risolverlo potrebbe portare a scoperte in molte aree, dall'oncologia al volo spaziale. Gli scienziati vogliono far andare in letargo una persona.
"Ho lavorato in Svezia per un anno e non sono riuscita a far addormentare i gopher per un anno", ammette Lyudmila Kramarova, ricercatrice senior presso l'Istituto di biofisica teorica e sperimentale dell'Accademia delle scienze russa (Pushchino).
In Occidente, i diritti degli animali da laboratorio sono dettagliati: la Dichiarazione dei diritti umani è a riposo. Ma non è possibile effettuare esperimenti sullo studio del letargo.
– La domanda è: perché dovrebbero dormire se fa caldo nella casa dei roditori e nutriti con la pancia? I Gopher non sono stupidi. Qui nel nostro laboratorio si addormenterebbero velocemente con me!
La gentilissima Lyudmila Ivanovna batte severamente il dito sul tavolo e parla del gopher di laboratorio che viveva a casa sua. “Susya!” chiamò dalla porta. "Paga paga!" – rispose il gopher, che generalmente non è addomesticato. Questa Susya non si addormentava nemmeno una volta ogni tre anni a casa. In inverno, quando nell'appartamento faceva notevolmente più freddo, si arrampicava sotto il termosifone e si scaldava la testa. "Perché?" chiede Lyudmila Ivanovna. Forse il centro di regolamentazione del letargo è da qualche parte nel cervello? Gli scienziati non lo sanno ancora. La natura dell'ibernazione è uno dei maggiori intrighi della biologia moderna.
Morte temporanea
Grazie a Microsoft, il nostro linguaggio si è arricchito di un'altra parola d'ordine: ibernazione. Questo è il nome della modalità in cui Windows Vista accede al computer per ridurre al minimo il consumo energetico. La macchina sembra spenta, ma tutti i dati vengono salvati contemporaneamente: ho premuto il pulsante – e tutto ha funzionato come se niente fosse. La stessa cosa accade con gli organismi viventi. Migliaia di specie diverse – dai batteri primitivi ai lemuri avanzati – sono in grado di “morire” temporaneamente, che è scientificamente chiamato ibernazione, o ipobiosi.
L'esempio classico sono i gopher. Cosa sai dei gopher? Normali tali roditori della famiglia degli scoiattoli. Scavano i propri visoni, mangiano erba, si riproducono. Quando arriva l'inverno, i roditori vanno sottoterra. È qui che, dal punto di vista scientifico, accade la cosa più interessante. L'ibernazione di Gopher può durare fino a 8 mesi. In superficie, il gelo a volte raggiunge -50, il buco si congela fino a -5. Quindi la temperatura degli arti degli animali scende a -2 e gli organi interni a -2,9 gradi. A proposito, durante lo svernamento, il gopher dorme di fila solo per tre settimane. Poi esce dal letargo per alcune ore e poi si riaddormenta. Senza entrare nei dettagli biochimici, diciamo che si sveglia per fare pipì e allungarsi.
Uno scoiattolo di terra ghiacciato vive al rallentatore: la sua frequenza cardiaca scende da 200-300 a 1-4 battiti al minuto, respirazione episodica - 5-10 respiri, e poi la loro completa assenza per un'ora. L'afflusso di sangue al cervello è ridotto di circa il 90%. Una persona normale non può sopravvivere a nulla di simile a questo. Non è nemmeno in grado di diventare come un orso, la cui temperatura scende parecchio durante il letargo – da 37 a 34-31 gradi. Questi tre-cinque gradi ci sarebbero bastati: il corpo si sarebbe battuto per il diritto di mantenere il battito cardiaco, il ritmo respiratorio e ripristinare la normale temperatura corporea per diverse ore, ma quando le risorse energetiche si esauriscono la morte è inevitabile.
patata pelosa
Sai che aspetto ha un gopher quando dorme? chiede Zarif Amirkhanov, ricercatore senior presso l'Istituto di biofisica cellulare. “Come patate di cantina. Duro e freddo. Solo peloso.
Nel frattempo, il gopher sembra un gopher: rosicchia allegramente semi. Non è facile immaginare che questa allegra creatura possa cadere improvvisamente in uno stupore senza motivo e trascorrere la maggior parte dell'anno in questo modo, e poi, di nuovo, senza motivo, "cadere" da questo stupore.
Uno dei misteri dell'ipobiosi è che l'animale è perfettamente in grado di regolare le sue condizioni da solo. Per questo non è affatto necessario un cambiamento della temperatura ambiente: i lemuri del Madagascar cadono in letargo. Una volta all'anno trovano una cavità, tappano l'ingresso e vanno a letto per sette mesi, abbassando la temperatura corporea a +10 gradi. E per strada allo stesso tempo lo stesso +30. Alcuni scoiattoli di terra, ad esempio quelli del Turkestan, possono anche andare in letargo al caldo. Non è tanto la temperatura intorno, ma il metabolismo interno: il tasso metabolico scende del 60-70%.
"Vedi, questo è uno stato del corpo completamente diverso", dice Zarif. – La temperatura corporea scende non come causa, ma come conseguenza. Viene attivato un altro meccanismo normativo. Le funzioni di decine di proteine cambiano, le cellule smettono di dividersi, in generale il corpo si ricostruisce completamente in poche ore. E poi nelle stesse poche ore viene ricostruito. Nessuna influenza esterna.
Legna da ardere e stufa
L'unicità del letargo è che l'animale può prima raffreddarsi e poi riscaldarsi senza un aiuto esterno. La domanda è come?
"È molto semplice", afferma Lyudmila Kramarova. “Tessuto adiposo marrone, hai sentito?
Tutti gli animali a sangue caldo, compresi gli umani, hanno questo misterioso grasso bruno. Inoltre, nei neonati è molto più che in un adulto. Per molto tempo, il suo ruolo nel corpo è stato generalmente incomprensibile. In effetti, c'è il grasso normale, perché anche il marrone?
– Quindi, si è scoperto che il grasso bruno svolge il ruolo di una stufa, – spiega Lyudmila, – e il grasso bianco è solo legna da ardere.
Il grasso bruno è in grado di riscaldare il corpo da 0 a 15 gradi. E poi altri tessuti sono inclusi nel lavoro. Ma solo perché abbiamo trovato una stufa non significa che abbiamo capito come farla funzionare.
"Ci deve essere qualcosa che accende questo meccanismo", dice Zarif. – Il lavoro dell'intero organismo sta cambiando, il che significa che c'è un certo centro che controlla e lancia tutto questo.
Aristotele lasciò in eredità lo studio del letargo. Non si può dire che la scienza lo faccia da 2500 anni. Seriamente questo problema ha cominciato a essere considerato solo 50 anni fa. La domanda principale è: cosa nel corpo innesca il meccanismo di ibernazione? Se lo troviamo, capiremo come funziona, e se capiamo come funziona, impareremo come indurre il letargo nei non dormienti. Idealmente, siamo con te. Questa è la logica della scienza. Tuttavia, con l'ipobiosi, la logica normale non ha funzionato.
Tutto è iniziato dalla fine. Nel 1952 il ricercatore tedesco Kroll pubblicò i risultati di un sensazionale esperimento. Introducendo un estratto del cervello di criceti dormienti, ricci e pipistrelli nel corpo di cani e gatti, provocava uno stato di ipobiosi negli animali non dormienti. Quando il problema ha iniziato ad essere affrontato più da vicino, si è scoperto che il fattore ipobiosi è contenuto non solo nel cervello, ma in generale in qualsiasi organo di un animale in letargo. I ratti ubbidientemente andavano in letargo se gli veniva iniettato plasma sanguigno, estratti di stomaco e persino solo l'urina di scoiattoli di terra addormentati. Da un bicchiere di urina di gopher, anche le scimmie si addormentarono. L'effetto viene riprodotto costantemente. Tuttavia, rifiuta categoricamente di essere riprodotto in tutti i tentativi di isolare una particolare sostanza: l'urina o il sangue causano ipobiosi, ma i loro componenti separatamente no. Né scoiattoli di terra, né lemuri, né, in generale, nessuno degli ibernanti nel corpo è stato trovato qualcosa che li distinguesse da tutti gli altri.
La ricerca del fattore ipobiosi va avanti da 50 anni, ma il risultato è quasi nullo. Non sono stati trovati né i geni responsabili dell'ibernazione né le sostanze che lo causano. Non è chiaro quale organo sia responsabile di questa condizione. Vari esperimenti includevano le ghiandole surrenali, la ghiandola pituitaria, l'ipotalamo e la tiroide nell'elenco dei "sospetti", ma ogni volta risultava che erano solo partecipanti al processo, ma non i suoi iniziatori.
"È chiaro che lontano dall'intera gamma di sostanze che si trovano in questa frazione sporca è efficace", afferma Lyudmila Kramarova. — Beh, se non altro perché per lo più li abbiamo anche noi. Sono state studiate migliaia di proteine e peptidi responsabili della nostra vita con gli scoiattoli macinati. Ma nessuno di loro – almeno direttamente – è collegato al letargo.
È stato stabilito con precisione che solo la concentrazione di sostanze cambia nel corpo di un gopher addormentato, ma non si sa ancora se si formi qualcosa di nuovo. Più gli scienziati avanzano, più sono inclini a pensare che il problema non sia il misterioso "fattore del sonno".
"Molto probabilmente, questa è una complessa sequenza di eventi biochimici", afferma Kramarova. – Forse sta agendo un cocktail, cioè una miscela di un certo numero di sostanze in una certa concentrazione. Forse è una cascata. Cioè, l'effetto coerente di un certo numero di sostanze. Inoltre, molto probabilmente, si tratta di proteine note da tempo che tutti hanno.
Si scopre che l'ibernazione è un'equazione con tutti quelli conosciuti. Più è semplice, più è difficile da risolvere.
Caos completo
Con la capacità di andare in letargo, la natura ha creato un pasticcio completo. Nutrire i bambini con il latte, deporre le uova, mantenere una temperatura corporea costante: queste qualità sono appese ordinatamente ai rami dell'albero evolutivo. E l'ipobiosi può manifestarsi chiaramente in una specie e allo stesso tempo essere completamente assente nel suo parente più prossimo. Ad esempio, marmotte e scoiattoli di terra della famiglia degli scoiattoli dormono nei loro visoni per sei mesi. E gli stessi scoiattoli non pensano di addormentarsi nemmeno nell'inverno più rigido. Ma alcuni pipistrelli (pipistrelli), insettivori (ricci), marsupiali e primati (lemuri) cadono in letargo. Ma non sono nemmeno cugini di secondo grado dei roditori.
Alcuni uccelli, rettili, insetti dormono. In generale, non è molto chiaro su quali basi la natura abbia scelto loro, e non altri, come ibernatori. E lei ha scelto? Anche quelle specie che non hanno affatto familiarità con il letargo, in determinate condizioni, indovinano facilmente di cosa si tratta. Ad esempio, il cane della prateria dalla coda nera (una famiglia di roditori) si addormenta in un ambiente di laboratorio se privato di acqua e cibo e posto in una stanza buia e fredda.
Sembra che la logica della natura si basi proprio su questo: se una specie ha bisogno di sopravvivere alla stagione della fame per sopravvivere, ha un'opzione con l'ipobiosi in riserva.
"Sembra che abbiamo a che fare con un antico meccanismo di regolamentazione, che è inerente a qualsiasi creatura vivente in generale", pensa Zarif ad alta voce. – E questo ci porta a un pensiero paradossale: non è strano che i roditori dormano. La cosa strana è che noi stessi non andiamo in letargo. Forse saremmo abbastanza capaci di ipobiosi se tutto nell'evoluzione si sviluppasse in linea retta, cioè secondo il principio di aggiungere nuove qualità mantenendo quelle vecchie.
Tuttavia, secondo gli scienziati, una persona in relazione al letargo non è del tutto senza speranza. Gli aborigeni australiani, i pescatori di perle, gli yogi indiani possono ridurre al minimo le funzioni fisiologiche del corpo. Lascia che questa abilità sia raggiunta con un lungo allenamento, ma è raggiunta! Finora, nessuno scienziato è stato in grado di mettere una persona in un vero e proprio letargo. Narcosi, sonno letargico, coma sono stati vicini all'ipobiosi, ma hanno una base diversa e sono percepiti come una patologia.
Gli esperimenti per introdurre una persona in letargo inizieranno presto i medici ucraini. Il metodo che hanno sviluppato si basa su due fattori: alti livelli di anidride carbonica nell'aria e basse temperature. Forse questi esperimenti non ci permetteranno di comprendere appieno la natura dell'ibernazione, ma almeno trasformeranno l'ipobiosi in una procedura clinica a tutti gli effetti.
Paziente mandato a dormire
Al momento del letargo, il gopher non ha paura non solo del freddo, ma anche dei principali disturbi del gopher: ischemia, infezioni e malattie oncologiche. Dalla peste, un animale sveglio muore in un giorno e se viene infettato in uno stato di sonno, non gli importa. Ci sono enormi opportunità per i medici. La stessa anestesia non è lo stato più piacevole per il corpo. Perché non sostituirlo con un letargo più naturale?
Immagina la situazione: il paziente è sull'orlo della vita o della morte, l'orologio conta. E spesso queste ore non bastano per eseguire un'operazione o trovare un donatore. E in letargo, quasi tutte le malattie si sviluppano come al rallentatore, e non parliamo più di ore, ma di giorni, o addirittura di settimane. Se dai libero sfogo alla tua immaginazione, puoi immaginare come i pazienti senza speranza siano immersi in uno stato di ipobiosi nella speranza che un giorno si trovino i mezzi necessari per il loro trattamento. Le aziende impegnate nella crionica fanno qualcosa di simile, solo congelano una persona già morta e non è realistico ripristinare un organismo che è rimasto per dieci anni nell'azoto liquido.
Il meccanismo dell'ibernazione può aiutare a comprendere una varietà di disturbi. Ad esempio, lo scienziato bulgaro Veselin Denkov nel suo libro “On the Edge of Life” suggerisce di prestare attenzione alla biochimica di un orso addormentato: “Se gli scienziati riescono ad ottenere nella sua forma pura una sostanza (presumibilmente un ormone) che entra nel corpo dall'ipotalamo degli orsi, con l'aiuto del quale i processi vitali sono regolati durante il letargo, saranno in grado di curare con successo le persone che soffrono di malattie renali.
Finora, i medici sono molto diffidenti sull'idea di usare l'ibernazione. Tuttavia, è pericoloso fare i conti con un fenomeno che non è del tutto compreso.