Сотні видів тварин можуть впадати в сплячку. Швидкість обміну речовин в їх організмі знижується в десятки разів. Вони не можуть їсти і майже не дихають. Цей стан продовжує залишатися однією з найбільших наукових загадок. Її вирішення може призвести до проривів у багатьох сферах, від онкології до космічних польотів. Вчені хочуть змусити людину впасти в сплячку.
«Рік працювала в Швеції і рік не могла приспати ховрахів», — зізнається старший науковий співробітник Інституту теоретичної та експериментальної біофізики РАН (Пущино) Людмила Крамарова.
На Заході деталізовано права лабораторних тварин – Декларація прав людини відпочиває. Але експерименти з вивчення сплячки проводити не можна.
– Питання, навіщо їм спати, якщо в ховрашку тепло і годують від пуза? Суслики не дурні. Тут, у нашій лабораторії, вони швидко заснули б зі мною!
Найдобріша Людмила Іванівна суворо стукає пальцем по столу і розповідає про лабораторного ховраха, який жив у неї. «Суся!» — гукнула вона з порога. «Плати-платити!» – відповів ховрашок, якого взагалі не приручають. Ця Суся за три роки вдома не заснула жодного разу. Взимку, коли в квартирі відчутно похолодало, лазив під радіатор і грів голову. «Чому?» — питає Людмила Іванівна. Може, регуляторний центр сплячки знаходиться десь у мозку? Вчені ще не знають. Природа сплячки - одна з головних інтриг сучасної біології.
Тимчасова смерть
Завдяки Microsoft наша мова збагатилася ще одним модним словом – сплячий режим. Це назва режиму, в якому Windows Vista переходить на комп'ютер, щоб мінімізувати енергоспоживання. Машина начебто вимкнена, але при цьому всі дані зберігаються: натиснув кнопку – і все запрацювало, як ні в чому не було. Те ж саме відбувається і з живими організмами. Тисячі різних видів – від примітивних бактерій до розвинених лемурів – здатні тимчасово «вмирати», що по-науковому називається сплячкою, або гіпобіозом.
Класичний приклад - ховрашки. Що ви знаєте про ховрахів? Звичайні такі гризуни з сімейства біликових. Самі риють собі норки, їдять траву, розмножуються. Коли настає зима, ховрахи йдуть під землю. Ось тут, з наукової точки зору, відбувається найцікавіше. Сплячка ховраха може тривати до 8 місяців. На поверхні мороз іноді досягає -50, яма промерзає до -5. Потім температура кінцівок тварин падає до -2, а внутрішніх органів до -2,9 градусів. До речі, під час зимівлі ховрашок спить поспіль лише три тижні. Потім на кілька годин виходить зі сплячки, а потім знову засинає. Не вдаючись у біохімічні подробиці, скажімо, що він прокидається, щоб пописати і потягнутися.
Замерзлий ховрах живе в уповільненій зйомці: пульс падає з 200-300 до 1-4 ударів на хвилину, епізодичне дихання – 5-10 вдихів, а потім їх повна відсутність протягом години. Кровопостачання мозку знижується приблизно на 90%. Звичайна людина нічого подібного пережити не може. Він навіть не в змозі стати схожим на ведмедя, температура якого під час сплячки неабияк падає – з 37 до 34-31 градуса. Цих трьох-п'яти градусів нам вистачило б: організм боровся б за право підтримувати частоту серцевих скорочень, ритм дихання і відновлювати нормальну температуру тіла ще кілька годин, але коли запаси енергії закінчуються, смерть неминуча.
волохата картопля
Ви знаєте, як виглядає ховрашок, коли спить? — запитує Заріф Амірханов, старший науковий співробітник Інституту біофізики клітини. «Як картопля з льоху. Жорстко і холодно. Тільки пухнасті.
А ховрашок тим часом схожий на ховрашка – весело гризе насіння. Непросто уявити, що це веселе створіння могло раптово безпричинно впасти в ступор і провести так більшу частину року, а потім знову без будь-якої причини «випасти» з цього ступору.
Однією із загадок гіпобіозу є те, що тварина цілком здатна самостійно регулювати свій стан. Зміна температури навколишнього середовища для цього зовсім не потрібна – лемури з Мадагаскару впадають у сплячку. Раз на рік вони знаходять дупло, затикають вхід і лягають спати на сім місяців, знижуючи температуру тіла до +10 градусів. А на вулиці при цьому все ті ж +30. Деякі ховрахи, наприклад, туркестанські, також можуть впадати в сплячку в спеку. Справа не стільки в температурі навколо, скільки в обміні речовин всередині: швидкість метаболізму падає на 60-70%.
«Розумієте, це зовсім інший стан організму», — каже Заріф. – Зниження температури тіла не як причина, а як наслідок. Вмикається ще один регуляторний механізм. Змінюються функції десятків білків, клітини перестають ділитися, загалом організм повністю перебудовується за кілька годин. А потім за ті ж кілька годин його відновлюють. Ніяких сторонніх впливів.
Дрова і піч
Унікальність сплячки полягає в тому, що тварина може спочатку охолонути, а потім зігрітися без сторонньої допомоги. Питання в тому, як?
«Це дуже просто, — каже Людмила Крамарова. «Коричнева жирова тканина, ви чули?
Усі теплокровні тварини, включаючи людей, мають цей таємничий коричневий жир. Причому у немовлят його набагато більше, ніж у дорослої людини. Довгий час його роль в організмі була взагалі незрозумілою. Насправді є звичайний жир, чому теж бурий?
– Так вийшло, що буре сало виконує роль печі, – пояснює Людмила, – а біле сало – просто дрова.
Бурий жир здатний розігріти організм від 0 до 15 градусів. А потім в роботу включаються інші тканини. Але те, що ми знайшли піч, не означає, що ми придумали, як її запрацювати.
«Повинно бути щось, що вмикає цей механізм», — каже Заріф. – Змінюється робота всього організму, тобто є певний центр, який все це контролює і запускає.
Аристотель заповів вивчати сплячку. Не можна сказати, що наука займається саме цим протягом 2500 років. Серйозно цю проблему почали розглядати лише 50 років тому. Головне питання: що в організмі запускає механізм сплячки? Якщо ми його знайдемо, ми зрозуміємо, як це працює, і якщо ми зрозуміємо, як це працює, ми навчимося викликати сплячку у тих, хто не спить. В ідеалі ми з вами. Це логіка науки. Однак з гіпобіозом нормальна логіка не спрацювала.
Все почалося з кінця. У 1952 році німецький дослідник Кролл опублікував результати сенсаційного експерименту. Вводячи в організм кішок і собак екстракт мозку сплячих хом'яків, їжаків і кажанів, він викликав у несплячих тварин стан гіпобіозу. Коли проблемою стали займатися ближче, виявилося, що фактор гіпобіозу міститься не тільки в мозку, але і взагалі в будь-якому органі сплячої тварини. Щури слухняно впадали в сплячку, якщо їм вводили плазму крові, екстракти шлунка і навіть просто сечу сплячих ховрахів. Від склянки сечі ховраха засинали і мавпи. Ефект послідовно відтворюється. Однак він категорично відмовляється відтворюватися при будь-яких спробах виділити ту чи іншу речовину: сеча або кров викликають гіпобіоз, а окремо їх компоненти – ні. Ні у ховрахів, ні в лемурів, ні, взагалі, у жодного з зимівників, в організмі не виявлено нічого, що відрізняло б їх від усіх інших.
Пошуки фактора гіпобіозу тривають 50 років, але результат майже нульовий. Не знайдено ні генів, що відповідають за сплячку, ні речовин, які її викликають. Неясно, який орган відповідає за цей стан. Різноманітні експерименти включали в список «підозрюваних» і наднирники, і гіпофіз, і гіпоталамус, і щитовидну залозу, але кожного разу виявлялося, що вони були лише учасниками процесу, а не його ініціаторами.
«Зрозуміло, що далеко не весь спектр речовин, які є в цій брудній фракції, є ефективним, — каже Людмила Крамарова. — Ну хоча б тому, що вони в нас теж здебільшого є. Вивчено тисячі білків і пептидів, відповідальних за наше життя з ховрахами. Але жодна з них – принаймні безпосередньо – не пов’язана зі сплячкою.
Точно встановлено, що в організмі сплячого ховраха змінюється лише концентрація речовин, а чи утворюється там щось нове, поки невідомо. Чим далі просуваються вчені, тим більше вони схиляються до думки, що проблема не в таємничому «факторі сну».
«Швидше за все, це складна послідовність біохімічних подій», — каже Крамарова. – Можливо, діє коктейль, тобто суміш певної кількості речовин у певній концентрації. Можливо, це каскад. Тобто послідовна дія ряду речовин. Причому, швидше за все, це давно відомі білки, які є у кожного.
Виявляється, сплячка - це рівняння з усіма відомими. Чим воно простіше, тим складніше його вирішити.
Повний хаос
Зі здатністю впадати в сплячку природа влаштувала повну хаос. Годування немовлят молоком, яйцекладка, підтримка постійної температури тіла – ці якості акуратно розвішані на гілках еволюційного дерева. Причому гіпобіоз може яскраво проявлятися у одного виду і при цьому повністю бути відсутнім у його найближчого родича. Наприклад, бабаки і ховрахи з сімейства білячих сплять у своїх норках по півроку. А самі білочки навіть у найлютішу зиму не думають впадати в сплячку. А ось деякі кажани (кажани), комахоїдні (їжаки), сумчасті і примати (лемури) впадають у сплячку. Але вони навіть не троюрідні брати ховрахам.
Деякі птахи, рептилії, комахи сплять. Взагалі, не дуже зрозуміло, за якою ознакою природа обрала зимівниками саме їх, а не інших. І вона вибрала? Навіть ті види, які взагалі не знайомі зі сплячкою, за певних умов легко здогадуються, що це таке. Наприклад, чорнохвоста лугова собачка (сімейство гризунів) засинає в лабораторних умовах, якщо її позбавити води та їжі та помістити в темну холодну кімнату.
Схоже, логіка природи будується саме на цьому: якщо виду потрібно пережити сезон голоду, щоб вижити, у нього є в запасі варіант з гіпобіозом.
«Схоже, що ми маємо справу з давнім регуляторним механізмом, який властивий взагалі будь-якій живій істоті», — міркує вголос Заріф. – І це наводить нас на парадоксальну думку: не дивно, що ховрахи сплять. Дивно те, що ми самі не впадаємо в сплячку. Можливо, ми були б цілком здатні до гіпобіозу, якби все в еволюції розвивалося прямолінійно, тобто за принципом додавання нових якостей при збереженні старих.
Однак, на думку вчених, людина по відношенню до сплячки не зовсім безнадійна. Австралійські аборигени, шукачі перлів, індійські йоги можуть звести до мінімуму фізіологічні функції організму. Нехай це вміння досягається тривалими тренуваннями, але воно досягається! Поки жодному вченому не вдалося ввести людину в повноцінну сплячку. Наркоз, летаргічний сон, кома - стани, близькі до гіпобіозу, але мають іншу основу, і сприймаються як патологія.
Експерименти з введення людини в сплячку скоро почнуть українські лікарі. Розроблений ними метод базується на двох факторах: високий рівень вуглекислого газу в повітрі та низькі температури. Можливо, ці експерименти не дозволять нам до кінця зрозуміти природу сплячки, але хоча б перетворять гіпобіоз на повноцінну клінічну процедуру.
Хворого відправили спати
Під час сплячки ховраху не страшні не тільки холод, але й основні хвороби ховраха: ішемія, інфекції та онкологічні захворювання. Від чуми тварина, що прокинулася, гине через добу, а якщо заражається в сонному стані, то йому все одно. Перед лікарями відкриваються величезні можливості. Той же наркоз - не найприємніший стан для організму. Чому б не замінити його більш природною сплячкою?
Уявіть собі ситуацію: пацієнт на межі життя і смерті, годинник відраховує. І часто цих годин недостатньо, щоб зробити операцію або знайти донора. А в сплячці практично будь-яка хвороба розвивається як в уповільненій зйомці, і мова йде вже не про години, а про дні, а то й тижні. Якщо дати волю своїй уяві, то можна уявити, як безнадійні пацієнти занурюються в стан гіпобіозу в надії, що колись будуть знайдені засоби, необхідні для їх лікування. Фірми, що займаються кріонікою, роблять щось подібне, тільки вони заморожують уже мертву людину, а відновити організм, який пролежав десять років у рідкому азоті, навряд чи реально.
Механізм сплячки може допомогти зрозуміти різні захворювання. Наприклад, болгарський вчений Веселін Денков у книзі «На межі життя» пропонує звернути увагу на біохімію сплячого ведмедя: «Якщо вченим вдасться отримати в чистому вигляді речовину (імовірно, гормон), яка потрапляє в організм, з гіпоталамуса ведмедів, за допомогою якого регулюються процеси життєдіяльності під час сплячки, то вони зможуть успішно лікувати людей, які страждають захворюваннями нирок.
Поки лікарі дуже насторожено ставляться до ідеї використання сплячки. І все ж небезпечно мати справу з явищем, яке до кінця не вивчене.