Ежегодно самые разные животные впадают в спячку, и это не совсем сон, а процесс, который до сих пор не изучен. Ученые хотят погрузить человека в такое же состояние, так как это поможет, например, лечить болезнь Паркинсона или Альцгеймера, а еще находясь в спячке можно легче путешествовать в космосе. «Хайтек» разбирается, как разные животные впадают в спячку и можем ли мы так же.
Человека в спячке можно отправить в космическое путешествие, и ему будет не нужна еда. Или ввести его в это состояние, если он находится в реанимации, чтобы помочь даже в самых тяжелых случаях.
Каждую весну, когда дни становятся длиннее, разные животные, начиная от гризли и заканчивая сусликами, начинают пробуждаться от зимней спячки. Обычно мы говорим, что они просыпаются, но спячка намного сложнее, чем обычный сон. Любое животное, которое может месяцами находиться под землей без еды, воды и чтобы выжить, делает что-то более сложное, нежели просто спит.
Среди животных, которые впадают в спячку, есть грызуны, некоторые амфибии и даже несколько приматов. Самые крупные представители — медведи. По словам Елены Грачевой, нейрофизиолога из Йельского университета в Нью-Хейвене, процесс, который приводит к «отключению» такого большого существа, не поддается простому объяснению.
Изучать спячку медведей важно, так как по ней можно узнать об устройстве крупных млекопитающих, в частности людей. Если исследователи изучат этот процесс, то он потенциально может изменить наш подход к широкому спектру заболеваний человека, включая инсульт, остеопороз, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.
Как впадают в спячку разные животные?
Медведи впадают в спячку особым способом, не похожим на остальных животных. Арктические суслики могут временно снизить температуру своего тела до -3 °C, не замерзая полностью. Медведи, напротив, почти не теряют тепла в своих берлогах, но этот процесс все равно называется спячкой, потому что их метаболизм замедляется.
Этот процесс Брайан Барнс, зоолог из Университета Аляски Фэрбенкс, и его коллеги тщательно отслеживали более 10 лет назад, изучая черных медведей, впадающих в спячку в искусственных берлогах.
Эти берлоги на самом деле были камерами, которые измеряли потребление кислорода и выработку углекислого газа — это важные показатели метаболизма. А датчики отслеживали температуру тела. Это было первое исследование, которое подтвердило, что животные могут впадать в спячку, не остывая.
Тем не менее, по словам Барнса, медведи, впадающие в спячку, не просто отдыхают. Они действительно отключаются.
«Они входят в берлогу, поворачиваются два или три раза, ложатся и остаются в таком состоянии в течение шести месяцев», — говорит Барнс. Они встают только для того, чтобы поменять сторону каждые несколько дней. Барнс отмечает, что медведицы во время зимней спячки вынашивают медвежат, не питаясь и не используя свои собственные запасы жира и воды.
Человек может впасть в спячку?
Людям подобный сон обойдется дорого. Человек мог бы лечиться и лежать на больничной койке или лететь на Марс, результат один — наши мышцы атрофируются, а кости становятся тоньше после месяцев бездействия.
У медведей такой проблемы нет. Частично секрет их крепких костей ученые раскрыли только недавно. В 2021 году Барнс и его коллеги опубликовали исследование, показывающее, что медведи, впадающие в спячку, способны отключать гены, связанные с разрушением костей.
Исследователи предполагают, что когда-нибудь удастся манипулировать тем же процессом и у людей, чтобы предотвратить остеопороз. Барнс отмечает, что такой подход может помочь людям, прикованным к кровати.
Медленный метаболизм медведей, впадающих в спячку, — это удивительный процесс. Медведь может замедлять свое дыхание и частоту сердечных сокращений примерно на 75% в течение нескольких месяцев, сохраняя при этом сравнительно высокую температуру тела. Пока что никто точно не знает, как медведи замедляют метаболизм.
Исследователи подозревают, что медведи не лежат расслабленно, как суслики, а, наоборот, сворачиваются: так жир и мех сохраняют медведей в тепле.
Исследования в этой сфере породили главный вопрос: может ли человек впасть в спячку? Можно ли использовать это состояние, чтобы легко путешествовать в космосе и не использовать при этом много ресурсов? Кроме того, в спячку можно погрузить человека, который находится в реанимации, чтобы спасти ему жизнь.
Зачем человеку впадать в спячку?
Сердечные приступы и инсульты значительно снижают количество кислорода, поступающего в мозг. Эта проблема была бы гораздо менее разрушительной, если бы врачи могли быстро снизить необходимое количество кислорода. Иначе говоря, погрузить человека в некоторое подобие спячки.
Если человеку с инсультом не оказать помочь в первый час после трагедии, то начнутся необратимые разрушения в организме. Этот промежуток называют золотым часом. Если бы врачи могли воспроизвести спячку, то этот золотой час мог бы стать золотой неделей или тремя неделями.
Как с помощью спячки лечить людей?
Ученые отмечают, что впадающие в спячку медведи, суслики и другие животные очень похожи на людей, страдающих болезнью Альцгеймера или Паркинсона. У человека эти заболевания характеризуются накоплением тау-белков, которые образуют клубки в мозге. Мозг спящего медведя претерпевает аналогичную трансформацию, возможно, потому, что белки помогают защитить нейроны во время длительного отдыха.
«Во время спячки происходит массовое накопление тау-белков в головном мозге и центральной нервной системе», — заявила Елена Грачева, нейрофизиолог из Йельского университета.
Но между этими процессами есть разница: у пациентов с болезнью Альцгеймера и Паркинсона тау-белки продолжают накапливаться по мере того, как болезнь усугубляется, а животное в спячке умеет избавляться от них. В результате их мозг не имеет никаких признаков повреждения, а память и двигательные навыки работают как раньше.
Сможем ли мы когда-нибудь погрузить человека в спячку?
Возможно, когда-нибудь ученые смогут использовать тот же механизм для лечения пациентов. Изучение процесса спячки пока находится на ранней стадии, но исследователи активно изучают процесс впадения, чтобы понять, как можно справиться с прогрессирующими заболеваниями мозга.
Исследование 2021 года, опубликованное в Scientific Reports, показало, что одна индуцированная спячка и выход из нее укрепляет мозговые связи и улучшает память мышей, у которых было состояние, очень похожее на болезнь Альцгеймера. Авторы предполагают, что можно разработать медикаментозную терапию, которая могла бы обеспечить аналогичный когнитивный импульс для людей без необходимости впадать в спячку.
Сейчас одна из команд ученых занимается тем, что изучает изменения в мозге, которые вызывают когнитивные нарушения у людей с болезнью Паркинсона. В частности она будет работать над секвенированием генов, чтобы лучше понять генетическую разницу между клетками мозга, которые уязвимы для болезни Паркинсона, и клетками мозга, которые остаются нетронутыми.
Команда использует некоторые из тех же подходов, которые они применяли при изучении животных, впадающих в спячку.
Читать далее
За ней охотились столетиями: что нам известно о планете Вулкан рядом с Солнцем
Астрономы нашли планету недалеко от Земли: у нее очень странная орбита
Ученые «воскресили» древний фермент, чтобы прокормить 9 млрд человек к 2050 году