Гибернация звучит как научная фантастика, но есть довольно много животных, которые могут войти в это состояние с низким уровнем метаболизма, включая мышей. Два исследования независимо друг от друга показали, что активация определённых нейронов может вызвать у мышей состояние, подобное спячке, намекая на то, что то же самое может быть возможно и для человека. Последствия будут далеко идущими, с приложениями от клинической медицины до межзвёздных космических путешествий.
Спячка – это состояние глубокого сна, во время которого скорость метаболизма и температура тела значительно снижаются. Например, во время спячки температура тела суслика уменьшается с его нормальных 37 C до почти 0 C. Сердцебиение также становится медленным и нерегулярным, наряду с замедлением дыхания.
Поскольку метаболические функции организма замедляются весьма сильно, зимующее животное может выживать в течение длительных периодов времени – иногда месяцев – без необходимости принимать пищу. Вот почему зимующие животные, такие как медведи и белки, потребляют обильное количество калорий в месяцы, предшествующие зимнему сезону.
Тем не менее, истинная спячка на самом деле очень редка и встречается лишь у нескольких млекопитающих и одного вида птиц, гряды (Phalaenoptilus nuttallii). Вместо этого большинство млекопитающих, которые входят в состояние, подобное спячке, фактически находятся в состоянии оцепенения.
Оцепенение – более лёгкая версия спячки. Хотя оно также включает в себя снижение температуры тела, частоты дыхания, частоты сердечных сокращений и скорости обмена веществ, оно невольно активируется, когда животное ощущает определённые условия окружающей среды. Напротив, животные, способные к истинной спячке, могут делать это произвольно, без конкретной температуры или иных внешних раздражителей.
И, в отличие от зимней спячки, оцепенение длится в течение коротких периодов времени, иногда всего лишь днем или ночью, в зависимости от режима питания животного.
Например, мыши могут войти в оцепенение – и два новых исследования, проведённых учёными из Гарвардского Университета и Университета Цукуба в Японии, не только показывают, как это состояние глубокого сна вызывается в мозге, но также и как его можно активировать по желанию стимулированием специальных нейронов.
В первом исследовании, которое было опубликовано в журнале Nature, японские исследователи генетически сконструировали мышей, чтобы они могли активировать нейроны в гипоталамусе, известные как Q-нейроны, светя на них.
Когда эти нейроны были активированы, температура тела грызунов упала на 10 C или более, и их пульс значительно снизился, как и скорость их метаболизма и дыхания.
Мыши оставались в таком оцепенении более 48 часов. Как только они вернулись в нормальное состояние бодрствования, грызуны вели себя нормально, без видимых признаков физического вреда. Исследователи в Японии повторили эксперимент на крысах с похожими результатами.
Эти эксперименты позволили учёным составить карту цепей нейронов, участвующих в процессе. Та же самая техника могла бы использоваться в будущем, чтобы вызвать подобные оцепенению состояния у иных животных, включая и людей.
Искусственно вызванное оцепенение у людей будет иметь широкий спектр применения. Самым непосредственным является медицина, где состояние, подобное спячке, может защитить пациентов, недавно перенёсших сердечный приступ или инсульт, от истощающих или угрожающих жизни повреждений тканей. Оцепенение также может продлить сохранение органов при трансплантации.
С нашей современной технологией нам потребовалось бы от 1000 до 81 000 лет, чтобы пройти 4,24 световых года между Землей и Проксимой Центавра, нашей ближайшей звездой рядом с Солнцем. Если мы хотим когда-либо стать межзвёздным видом, это время путешествия нужно резко сократить. Даже в этом случае можно ожидать, что астронавты пробудут в своём космическом корабле в течение многих лет, поэтому длительные периоды сна, подобного спячке, могут сделать путешествие намного более терпимым.
Между тем, в Гарвардской Медицинской Школе исследователи пришли к аналогичному выводу, показав, что стимуляция нейронов в зонах мозга, которые регулируют голод, питание, температуру тела и многие иные функции, может заставить мышей войти в оцепенение на нескольких дней. Во время своих экспериментов исследователям удалось вызвать оцепенение даже у сытых мышей. Когда активность этих нейронов была блокирована, активность естественного оцепенения была нарушена.
Стоит отметить, что вместо генетической инженерии исследователи из Гарварда инъецировали 54 мышам небольшое количество вируса в 226 различных зон гипоталамуса. Они узнали, что оцепенение было вызвано, когда были активированы нейроны в зоне гипоталамуса, известной как avMLPA. Стимуляция нейронов в иных зонах гипоталамуса не имела эффекта, писали исследователи в своей статье, также опубликованной в журнале Nature.
«Воображение иссякает, когда мы думаем о возможной гибернации у людей. Можем ли мы действительно продлить жизнь? Это способ отправить людей на Марс?» – Со-ведущий исследователь Синиса Хрватин, эксперт по нейробиологии в Институте Блаватника Гарвардской Медицинской Школы, говорит в пресс-релизе.
«Чтобы ответить на эти вопросы, нам нужно изучить фундаментальную биологию оцепенения и спячки у животных», – сказала Хрватин. «Мы и иные группы делаем эти вещи – и это не научная фантастика».
Оба исследования внесли огромный вклад в улучшение нашего понимания того, как оцепенение или спячка регулируются в мозге. Теперь, когда учёные лучше разбираются в биологии спячки, они могут думать о применении её у человека.
«Слишком рано говорить о том, можем ли мы вызвать гибернацию у человека, но эта цель может быть полезной», – сказал старший автор Майкл Гринберг, из Факультета Нейробиологии Института Блаватника Гарвардской Медицинской Школы.
«Это может потенциально привести к пониманию спячки, метаболического контроля и, возможно, увеличения продолжительности жизни. В частности, гибернация является обычной темой в научной фантастике, и, возможно, наша способность полететь к звездам когда-нибудь будет зависеть от неё».
