В спячку – и в космос

Один из гипотетических вариантов долгих космических перелетов предполагает, что члены экипажа космического корабля впадут на некоторое время в состояние гибернации – периода замедления жизненных процессов и обмена веществ. Если этот вариант когда-либо будет осуществлен на практике, то не в последнюю очередь благодарить человечество должно будет нескольких барибалов (американских черных медведей), которые в преддверии зимы на Аляске забрели слишком близко к жилью людей и стали участниками уникального эксперимента.

Ученые, которым достались пойманные медведи, ничего плохого с ними не сделали. В тела животных были имплантированы радиодатчики, предназначенные для измерения температуры тела, пульса и мышечной активности. После этого медведей отвезли в тихое место в лесу, расположенное вдали от обиталищ человека. Правда, данная территория хорошо прослеживалась людьми, так как она была оснащена инфракрасными камерами и прочими детекторами для наблюдения за медведями, которые быстро освоились на новом месте и, устроив себе берлоги, впали в спячку.

Именно зимняя спячка барибалов и стала предметом исследования ученых, результаты которого опубликованы в журнале Science.

Итоги этого эксперимента удивили научную общественность. Спячка (гибернация) характеризуется снижением температуры тела, замедлением дыхания и частоты сердцебиения, торможением нервной деятельности и других физиологических процессов. Считается, что во время гибернации уровень биологических процессов в организме при снижении температуры тела на 10 градусов в среднем падает в два раза . Но у барибалов этот эффект проявляется гораздо сильнее: при падении температуры тела на 5–6 градусов уровень биологических процессов в организме спящих медведей составил около 25% от нормального. Кроме того, метаболизм черных медведей остается на низком уровне в течение нескольких недель после того, как животные вышли из спячки.

То, как медведям удается проводить от пяти до семи месяцев без еды, питья, мочеиспускания и дефекации и возвращаться к нормальному физиологическому состоянию, представляет для ученых загадку.

Исследователи в ходе мониторинга подопытных особей заметили, что температура их тел колебалась в пределах от 30 до 36 градусов Цельсия с периодом от 2 до 7 дней. «Температура тела медведей является очень важным ключом к пониманию того, что происходит с их метаболизмом во время спячки, – говорит один из авторов работы Ойвин Тойен. – Известно, что медведи снизили температуру тела до некоторой степени во время зимней спячки, но такие большие по времени колебания температуры ранее не были зафиксированы ни у одного животного, которое впадает в спячку».

Одной из участниц эксперимента была беременная самка. До родов, которые произошли прямо во время спячки, температура ее тела держалась на одном уровне, нормальном для бодрствующей особи. После родов температура тела упала и в итоге также стала переменной, как у других особей. Медвежонок же, увы, умер из-за врожденной диафрагмальной грыжи.

Пульс спящих медведей снизился с обычных 55 ударов в минуту до 14 ударов.

При этом наблюдается явно выраженная аритмия: когда медведь дышат, его сердце бьется почти нормально, но между моментами дыхания сердце почти не бьется. Такие паузы в сердечной деятельности могут достигать 20 секунд между ударами.

Данное исследование стало первым, позволившим ученым исследовать гибернацию у животных, размер которых сопоставим с размером человека. Та или иная форма процесса гибернации наблюдаются в девяти отрядах млекопитающих, и вполне вероятно, что генетические основы этого процесса могут быть широко распространены и использованы для различных целей.

«Наше исследование могло бы помочь понять, как без последствий можно уменьшить уровень метаболизма и потребления кислорода у человека, что дало бы нам возможность спасать человеческие жизни в некоторых критических ситуациях.

Нам просто нужно узнать, что необходимо сделать, чтобы вызывать такое состояние и получить преимущества той или иной стадии гибернации», – говорит Ойвин Тойен.

«Когда медведи выходят из спячки, они совершенно не имеют потерь мышечной и костной массы, а также последствий долгого отсутствия мышечной активности, в отличие от людей, у которых все эти проблемы неизменно развиваются в результате долго периода неподвижности. Если бы мы могли обнаружить генетические и молекулярные основы такой защиты и механизмов, которые лежат в основе метаболизма, это была бы возможность получить новые методы лечения и новые лекарственные средства для людей. В частности, это помогло бы предотвратить такие заболевания, как остеопороз и атрофия мышечной ткани. Также появится возможность помочь раненым и больным до того, как они будут доставлены в медицинский стационар», – говорит ведущий автор исследования Брайан Барнс

Авторы работы также упомянули, что направленная подконтрольная гибернация является актуальной для длительных космических путешествий.

Если человеческий род когда-либо сможет покинуть планету Земля как биологический вид, то такая спячка, как у медведей, могла бы стать необходимой для полетов в глубокий космос. Но, конечно, для того чтобы это стало реальностью, требуются новые серьезные исследования.