Zašto ljudi ne spavaju zimski san: Razotkrivanje tajni hibernacije koja bi jednog dana mogla da nas odvede na Mars
Komentari
Dodajte Euronews kao željeni izvor na Google-u
Dugotrajna putovanja kroz svemir veoma su loša po ljudsko zdravlje. Zapravo, izuzetno loša. Boravak u svemiru izlaže ljude opasno visokim nivoima zračenja, dok dugotrajna izloženost bestežinskom stanju može da ošteti većinu sistema organa, uključujući mišiće, kosti i oči. Meseci ili godine provedeni u skučenom prostoru mogu imati i ozbiljne psihološke posledice.
Ključ za rešavanje ovih problema možda se krije u fiziološkoj strategiji staroj čak 250 miliona godina, koja sisarima, pticama, ribama i drugim životinjama omogućava da prežive periode ekstremne oskudice tako što se praktično "isključe" - hibernacijom.
Tokom hibernacije životinje gotovo potpuno obustavljaju telesne funkcije: ne jedu, ne piju, ne kreću se, a što je podjednako važno, ne osećaju glad ni žeđ i ne deluje da pate zbog hladnoće. Ova izuzetna sposobnost mogla bi da bude presudna kako bi ljudi jednog dana stigli do Marsa i još udaljenijih odredišta, ali i da pomogne u spasavanju života ovde na Zemlji, piše Guardian.
Ispostavlja se da hibernacija štiti organizam od mnogih opasnosti koje prate dugotrajna svemirska putovanja, uključujući izloženost zračenju, kao i gubitak koštane i mišićne mase. Osim toga, dovođenje putnika u stanje dugotrajne nesvesti moglo bi da ublaži posledice višemesečnog ili višegodišnjeg boravka u zatvorenom prostoru. Hibernacija bi takođe mogla značajno da smanji količinu hrane i vode potrebne za putovanje, čime bi se smanjila masa tereta i omogućilo astronautima da brže stignu do odredišta - i da se vrate.
NASA / Sciencephoto / Profimedia
Problem je, naravno, u tome što "zimski san" nije svojstven čoveku. Za razliku od veverica, medveda, slepih miševa i brojnih drugih vrsta, mi nismo evoluirali tako da u periodima nestašice drastično usporimo metabolizam. Upravo zbog toga sve veći broj naučnika širom sveta razvija metode kojima bi se kod ljudi bezbedno mogla izazvati hibernacija.
Ti istraživači, od kojih deo finansiraju Evropska svemirska agencija (ESA) i NASA, pokušavaju da otkriju kako se pojedine životinje "isključuju", a zatim ponovo "uključuju", bez ikakvih posledica nakon više meseci provedenih bez hrane, vode i fizičke aktivnosti.
"Ovo je oblast koja obećava", kaže Kristijane Han, koja rukovodi istraživanjima iz oblasti svemirske biologije u ESA. "To bi moglo potpuno da promeni budućnost svemirskih putovanja".
Povezane vesti
Opasnosti svemirskog zračenja
Zračenje predstavlja jedan od najvećih problema tokom dugotrajnih svemirskih misija. Na Zemlji atmosfera zaustavlja većinu radioaktivnih čestica, ali u svemiru takva zaštita ne postoji. Tokom dugog putovanja svemirom astronauti bi neprekidno bili izloženi opasnim nivoima štetnih jona. Te čestice mogu čak da ostanu zarobljene unutar letelice, čime dodatno povećavaju štetu po njene putnike.
"Zaštita ljudi od zračenja u svemiru veoma je zahtevna", kaže Han. "Još nismo pronašli efikasnu zaštitu."
Istraživanja su pokazala da hibernacija pruža zaštitu upravo od takvih oštećenja. Tokom hibernacije životinje usporavaju metabolizam, troše manje kiseonika, a njihova DNK postaje znatno kompaktnija, što je štiti od oštećenja izazvanih zračenjem. Osim toga, životinje koje hiberniraju poseduju izuzetno efikasne mehanizme za popravku DNK.
"Neverovatno je šta sve mogu da urade", kaže fiziološkinja sa Univerziteta Jejl Elena Gračeva, koja vodi veliku koloniju trinaestoprugastih tekunica, poreklom iz srednjeg zapada SAD i Kanade. Životinje se čuvaju u posebnom objektu za hibernaciju, koji verno reprodukuje njihovo prirodno stanište.
"Njihov srčani ritam uspori na jedan otkucaj svakih nekoliko minuta, a telesna temperatura padne na svega četiri stepena Celzijusa, što je temperatura u frižideru. Ipak, one su i dalje žive", ističe Gračeva.
Ona proučava kako ove životinje uspevaju da prežive čak osam meseci bez vode. Tokom hibernacije neće piti čak ni ako im je voda dostupna. Ona je identifikovala deo mozga poznat kao subfornikalni organ (SFO), koji, čini se, kontroliše ovaj proces, kao i molekul koji, kada se ubrizga u taj deo mozga, potpuno uklanja osećaj žeđi. Zanimljivo je da se ovaj deo mozga nalazi i kod vrsta koje ne hiberniraju, uključujući i ljude.
Kako naučnici pokušavaju da kod ljudi izazovu hibernaciju
Naučnici sada istražuju načine da "reprogramiraju" ljudsku fiziologiju kako bismo i mi mogli da iskoristimo ove prednosti. Eksperimentišu sa lekovima, ultrazvukom i drugim metodama kojima bi ljude uveli u stanje poznato kao sintetička torporacija. (Iako se termini često koriste kao sinonimi, naučnici uglavnom razlikuju torpor, koji traje od nekoliko sati do jednog dana, od hibernacije, koja može da traje nedeljama ili mesecima. Sintetička torporacija obuhvata oba oblika namernog usporavanja metabolizma.)
Povezane vesti
"To je definitivno izvodljivo", kaže biohemičarka Keli Dru, profesorka Instituta za arktičku biologiju pri Univerzitetu Aljaske.
Dru već više od dve decenije, uz finansijsku podršku NASA-e, proučava arktičke tekunice koje hiberniraju od avgusta do maja, pri čemu im telesna temperatura pada sa 37 stepeni Celzijusa na temperaturu ispod tačke mržnjenja.
Njena istraživanja usmerena su na to kako ove životinje štite mozak, srce i mišiće pri tako niskim temperaturama, koje bi u normalnim okolnostima bile smrtonosne za žive ćelije. Ona i njene kolege otkrili su da se tokom hibernacije miozin, jedan od ključnih mišićnih proteina, potpuno drugačije ponaša u načinu na koji koristi energiju, što omogućava mišićima da prežive ekstremnu hladnoću bez oštećenja.
Potraga za ključnim mehanizmima
Poslednjih godina istraživači su uspeli da izazovu sintetičku torporaciju kod različitih životinjskih vrsta. Gotovo svi eksperimenti do sada podrazumevali su invazivne metode, najčešće neku vrstu operacije na mozgu.
Profesor fiziologije sa Univerziteta u Bolonji Mateo Čeri, na primer, usmerio je istraživanja na ćelije u području mozga poznatom kao raphe pallidus, koje ima ključnu ulogu u regulaciji telesne temperature i potrošnje energije.
Međutim, iako ovakva istraživanja pomažu da se razjasni način na koji proces funkcioniše, bilo bi nepraktično, ali i neetično, otvarati lobanju svakom svemirskom putniku svaki put kada treba da uđe u stanje torporacije ili da se iz njega probudi.
Zbog toga je od 2023. godine nekoliko istraživačkih grupa, među kojima su i naučnici sa Univerziteta Vašington u Sent Luisu, počelo da koristi neinvazivni ultrazvuk, kako bi izazvali sintetičku torporaciju kod životinja.
Shane Srogi/ZUMA Press Wire / Shutterstock Editorial / Profimedia
Čeri i njegove kolege, čija istraživanja finansira ESA, nadaju se da će uskoro započeti testiranja ovog pristupa na zdravim ljudskim dobrovoljcima.
Hibernacija je izuzetno složen proces - na kraju krajeva, utiče na svaku ćeliju u organizmu - pa je gotovo sigurno da u njoj učestvuje više različitih "prekidača".
Istraživač neuronauke sa Tehnološkog instituta Masačusetsa (MIT) Siniša Hrvatin identifikovao je još jednu regiju mozga za koju veruje da ima ključnu ulogu u ovom procesu.
U radu objavljenom početkom ove godine, koji još nije prošao stručnu recenziju, on i njegov tim usmerili su istraživanje na područje poznato kao preoptička oblast, koja ima važnu ulogu u regulaciji metabolizma i telesne temperature. Aktiviranjem neurona u ovoj regiji kod hrčaka, istraživači su uspeli da ih uvedu u stanje torporacije, pri čemu je njihova telesna temperatura spuštena na svega 15 stepeni Celzijusa.
Hrvatin ističe da ovakvo nervno kolo verovatno postoji kod velikog broja životinjskih vrsta, uključujući i one koje uopšte ne hiberniraju niti ulaze u torporaciju.
Prema njegovom mišljenju, to znači da bi moglo biti moguće izazvati stanje nalik hibernaciji čak i kod životinja koje prirodno nemaju tu sposobnost.
"Ključni delovi ovog nervnog sklopa očuvani su kod različitih životinja. Mislim da možemo da ga iskoristimo za promenu načina na koji funkcioniše metabolizam", kaže on.
Za sada nije poznato da li ovakvo nervno kolo postoji i kod ljudi, jer ga niko još nije istraživao. Hrvatin planira da se time uskoro pozabavi.
Prvi eksperimenti na ljudima već su u toku
Neki naučnici već sprovode istraživanja na ljudima.
U studiji objavljenoj prošle godine, istraživač sa Univerziteta u Pitsburgu Klifton Kelavej davao je zdravim dobrovoljcima sedativ deksmedetomidin tokom pet dana. Rezultat je bio pad metaboličke aktivnosti od oko 20 odsto i smanjenje ukupne potrošnje kalorija za približno 30 procenata.
U poređenju sa onim što postižu tekunice tokom hibernacije, to je relativno skroman efekat. Međutim, Kelavej, čije istraživanje takođe finansira NASA, smatra da bi i takvo usporavanje metabolizma moglo da zaštiti putnike od makar dela opasnosti koje nose dugotrajna svemirska putovanja.
Tokom višegodišnje misije čak i relativno malo smanjenje metabolizma moglo bi značajno da poveća efikasnost.
"Za putovanje do Marsa i nazad biće potrebno oko 300 kilograma hrane po astronautu", kaže on. "Ako tu količinu možete da smanjite za četvrtinu ili više, razlika postaje ogromna".
Šta nas još deli od ljudske hibernacije?
Većina stručnjaka smatra da će prva primena hibernacije kod ljudi najverovatnije biti u medicini.
Hrvatin veruje da bi presađivanje organa moglo da bude prvi korak. Prema njegovim rečima, bilo bi relativno jednostavno aktivirati pojedine mehanizme hibernacije kako bi se produžilo vreme tokom kojeg organ ostaje održiv za transplantaciju.
Istraživači već eksperimentišu sa ovom idejom i otkrili su da ona može značajno da produži životni vek organa namenjenih presađivanju.
Unsplash
Ipak, mišljenja stručnjaka razlikuju se kada je reč o tome koliko će vremena biti potrebno da sintetička torporacija postane realnost za ljude.
Čeri spada među optimiste i veruje da bi to moglo da se dogodi u narednih deset do petnaest godina.
Većina njegovih kolega ipak smatra da će biti potrebno znatno više vremena. Kristijane Han iz Evropske svemirske agencije procenjuje da nas od toga dele još nekoliko decenija.
Ona i drugi istraživači upozoravaju da je pre primene torporacije u svemirskim misijama ili medicini neophodno mnogo bolje razumeti čitav proces.
U suprotnom, kaže Han, postoji opasnost od različitih scenarija kakve danas viđamo u naučnofantastičnim filmovima.
"Izazivanje torporacije danas je prilično dobro proučeno", kaže ona.
"Ali buđenje iz tog stanja nije. Moramo biti sigurni da smo savladali oba dela procesa".
Komentari (0)