صدها گونه جانوری می توانند به خواب زمستانی بپردازند. سرعت متابولیسم در ارگانیسم آنها ده برابر کاهش می یابد. آنها نمی توانند غذا بخورند و به سختی نفس می کشند. این وضعیت همچنان یکی از بزرگترین اسرار علمی است. حل آن می تواند به پیشرفت هایی در بسیاری از زمینه ها، از سرطان شناسی گرفته تا پرواز فضایی منجر شود. دانشمندان می خواهند فرد را به خواب زمستانی وادار کنند.
لیودمیلا کرامارووا، محقق ارشد مؤسسه بیوفیزیک نظری و تجربی آکادمی علوم روسیه (پوشچینو) اذعان می کند: «من یک سال در سوئد کار کردم و یک سال نتوانستم گوفرها را به خواب ببرم.
در غرب، حقوق حیوانات آزمایشگاهی به تفصیل بیان شده است - اعلامیه حقوق بشر در حال استراحت است. اما نمی توان آزمایش هایی را در مورد مطالعه خواب زمستانی انجام داد.
– سوال این است که اگر در خانه گوفر گرم است و از شکم تغذیه می کنند چرا باید بخوابند؟ گوفرها احمق نیستند. اینجا در آزمایشگاه ما سریع با من می خوابیدند!
مهربان ترین لیودمیلا ایوانوونا به سختی انگشت خود را روی میز می زند و در مورد گوفر آزمایشگاهی که در خانه او زندگی می کرد صحبت می کند. "سوسیا!" او از درب خانه صدا کرد. "پرداخت - پرداخت!" - پاسخ گوفر، که به طور کلی رام نمی شود. این سوزیا سه سال یک بار هم در خانه خوابش نمی برد. در زمستان، زمانی که هوا به طور محسوسی در آپارتمان سردتر شد، او از زیر رادیاتور بالا رفت و سرش را گرم کرد. "چرا؟" لیودمیلا ایوانونا می پرسد. شاید مرکز تنظیم خواب زمستانی جایی در مغز باشد؟ دانشمندان هنوز نمی دانند. ماهیت خواب زمستانی یکی از دسیسه های اصلی در زیست شناسی مدرن است.
مرگ موقت
به لطف مایکروسافت، زبان ما با یک کلمه کلیدی دیگر - خواب زمستانی - غنی شده است. این نام حالتی است که در آن ویندوز ویستا به منظور به حداقل رساندن مصرف برق وارد رایانه می شود. به نظر می رسد دستگاه خاموش است، اما همه داده ها به طور همزمان ذخیره می شوند: دکمه را فشار دادم - و همه چیز طوری کار کرد که گویی هیچ اتفاقی نیفتاده است. همین اتفاق در مورد موجودات زنده نیز می افتد. هزاران گونه مختلف - از باکتری های بدوی گرفته تا لمورهای پیشرفته - می توانند به طور موقت "بمیرند" که از نظر علمی خواب زمستانی یا هیپوبیوز نامیده می شود.
نمونه کلاسیک گوفرها هستند. در مورد گوفرها چه می دانید؟ چنین جوندگان معمولی از خانواده سنجاب ها. آنها راسوهای خود را حفر می کنند، علف می خورند، تولید مثل می کنند. وقتی زمستان می آید، گوفرها به زیر زمین می روند. اینجاست که از نظر علمی جالب ترین اتفاق می افتد. خواب زمستانی گوفر می تواند تا 8 ماه طول بکشد. در سطح، گاهی اوقات یخبندان به 50- می رسد، سوراخ به 5- یخ می زند. سپس دمای اندام حیوانات به -2 و اندامهای داخلی به -2,9 درجه کاهش می یابد. به هر حال، در طول زمستان، گوفر تنها سه هفته پشت سر هم می خوابد. سپس برای چند ساعت از خواب زمستانی خارج می شود و دوباره به خواب می رود. بدون وارد شدن به جزئیات بیوشیمیایی، بیایید بگوییم که او برای ادرار کردن و کشش از خواب بیدار می شود.
یک سنجاب زمینی یخ زده در حرکت آهسته زندگی می کند: ضربان قلب آن از 200-300 به 1-4 ضربه در دقیقه کاهش می یابد، تنفس اپیزودیک - 5-10 نفس، و سپس غیبت کامل آنها برای یک ساعت. خون رسانی به مغز حدود 90 درصد کاهش می یابد. یک فرد معمولی نمی تواند از چیزی نزدیک به این دوام بیاورد. او حتی نمی تواند مانند یک خرس شود که دمای آن در طول خواب زمستانی کمی کاهش می یابد - از 37 به 34-31 درجه. این سه تا پنج درجه برای ما کافی بود: بدن برای حفظ ضربان قلب، ریتم تنفس و بازگرداندن دمای طبیعی بدن برای چندین ساعت دیگر می جنگید، اما وقتی منابع انرژی تمام می شود، مرگ اجتناب ناپذیر است.
سیب زمینی مودار
آیا می دانید گوفر هنگام خواب چه شکلی است؟ ظریف امیرخانوف، محقق ارشد موسسه بیوفیزیک سلولی می پرسد. «مثل سیب زمینی از سرداب. سخت و سرد. فقط خزدار.
در این بین، گوفر شبیه گوفر است - با خوشحالی دانه ها را می جود. تصور اینکه این موجود شاد می تواند ناگهان بی دلیل به حالت بی حالی بیفتد و بیشتر سال را به این شکل سپری کند و سپس باز هم بدون هیچ دلیلی از این گیجی «بیفتد» آسان نیست.
یکی از اسرار هیپوبیوزیس این است که حیوان کاملاً قادر است وضعیت خود را به تنهایی تنظیم کند. تغییر دمای محیط برای این کار اصلا ضروری نیست - لمورهای ماداگاسکار به خواب زمستانی می روند. سالی یک بار گودی پیدا می‌کنند، ورودی را می‌بندند و به مدت هفت ماه به رختخواب می‌روند و دمای بدن خود را به +10 درجه کاهش می‌دهند. و در خیابان در همان زمان همه یکسان +30. برخی از سنجاب های زمینی، به عنوان مثال، سنجاب های ترکستانی نیز می توانند در گرما به خواب زمستانی بپردازند. این به اندازه دمای اطراف نیست، بلکه متابولیسم درون آن است: میزان متابولیسم 60-70٪ کاهش می یابد.
ظریف می‌گوید: «می‌بینید، این وضعیت بدن کاملاً متفاوت است. - دمای بدن نه به عنوان یک علت، بلکه در نتیجه کاهش می یابد. مکانیسم تنظیمی دیگری فعال می شود. عملکرد ده ها پروتئین تغییر می کند، سلول ها تقسیم نمی شوند، به طور کلی، بدن در چند ساعت به طور کامل بازسازی می شود. و سپس در همان چند ساعت دوباره بازسازی می شود. بدون تاثیر بیرونی
هیزم و اجاق گاز
ویژگی منحصر به فرد خواب زمستانی این است که حیوان می تواند ابتدا خنک شود و سپس بدون کمک خارجی گرم شود. سوال این است که چگونه؟
لیودمیلا کرامارووا می گوید: «این بسیار ساده است. "بافت چربی قهوه ای، شنیده اید؟
همه حیوانات خونگرم، از جمله انسان، این چربی قهوه ای مرموز را دارند. علاوه بر این، در نوزادان بسیار بیشتر از بزرگسالان است. برای مدت طولانی، نقش آن در بدن به طور کلی نامفهوم بود. در واقع، چربی معمولی وجود دارد، چرا همچنین قهوه ای؟
- بنابراین، معلوم شد که چربی قهوه ای نقش یک اجاق گاز را بازی می کند، - توضیح می دهد لیودمیلا، - و چربی سفید فقط هیزم است.
چربی قهوه ای قادر است بدن را از 0 تا 15 درجه گرم کند. و سپس پارچه های دیگر در کار گنجانده شده است. اما فقط به این دلیل که ما یک اجاق گاز پیدا کرده ایم به این معنی نیست که ما متوجه شده ایم که چگونه آن را درست کنیم.
ظریف می گوید: «باید چیزی وجود داشته باشد که این مکانیسم را روشن کند. - کار کل ارگانیسم در حال تغییر است، به این معنی که مرکز خاصی وجود دارد که همه اینها را کنترل و راه اندازی می کند.
ارسطو وصیت کرد که خواب زمستانی را مطالعه کند. نمی توان گفت علم از 2500 سال قبل همین کار را انجام می دهد. به طور جدی این مشکل تنها 50 سال پیش مورد توجه قرار گرفت. سوال اصلی این است: چه چیزی در بدن مکانیسم خواب زمستانی را تحریک می کند؟ اگر آن را پیدا کنیم، می‌فهمیم که چگونه کار می‌کند و اگر بفهمیم چگونه کار می‌کند، یاد می‌گیریم که چگونه خواب زمستانی را در افراد غیرخواب القا کنیم. در حالت ایده آل، ما با شما هستیم. این منطق علم است. با این حال، با هیپوبیوز، منطق طبیعی کار نمی کند.
همه چیز از آخر شروع شد. در سال 1952، محقق آلمانی کرول، نتایج یک آزمایش هیجان انگیز را منتشر کرد. او با وارد کردن عصاره ای از مغز همستر، جوجه تیغی و خفاش در بدن گربه ها و سگ ها باعث ایجاد حالت هیپوبیوزیس در حیوانات غیر خواب شد. هنگامی که با این مشکل برخورد دقیق‌تری آغاز شد، مشخص شد که عامل هیپوبیوز نه تنها در مغز، بلکه به طور کلی در هر عضوی از حیوانات در خواب زمستانی وجود دارد. اگر پلاسمای خون، عصاره معده و حتی فقط ادرار سنجاب‌های زمینی خوابیده به موش‌ها تزریق شود، مطیع به خواب زمستانی می‌روند. از یک لیوان ادرار گوفر، میمون ها هم به خواب رفتند. اثر به طور مداوم بازتولید می شود. با این حال، در تمام تلاش ها برای جداسازی یک ماده خاص، قاطعانه از تولید مجدد خودداری می کند: ادرار یا خون باعث هیپوبیوزیس می شوند، اما اجزای آنها به طور جداگانه این کار را نمی کنند. نه سنجاب های زمینی، نه لمورها، و نه به طور کلی، هیچ یک از زمستان گذرانی در بدن چیزی یافت نشد که آنها را از بقیه متمایز کند.
جستجو برای فاکتور هیپوبیوزیس 50 سال است که ادامه دارد، اما نتیجه تقریبا صفر است. نه ژن های مسئول خواب زمستانی و نه موادی که باعث خواب زمستانی می شوند، یافت نشد. مشخص نیست که کدام عضو مسئول این وضعیت است. آزمایش های مختلف شامل غدد فوق کلیوی، غده هیپوفیز، و هیپوتالاموس و غده تیروئید در لیست "مظنونان" بود، اما هر بار مشخص شد که آنها فقط شرکت کنندگان در این فرآیند بودند، اما نه آغازگر آن.
لیودمیلا کرامارووا می‌گوید: «واضح است که دور از کل مواد موجود در این بخش کثیف مؤثر است. - خوب، فقط به این دلیل که ما هم آنها را داریم. هزاران پروتئین و پپتید مسئول زندگی ما با سنجاب های زمینی مورد مطالعه قرار گرفته اند. اما هیچ یک از آنها - حداقل به طور مستقیم - با خواب زمستانی مرتبط نیستند.
دقیقاً ثابت شده است که فقط غلظت مواد در بدن یک گوفر خواب تغییر می کند، اما اینکه آیا چیزی جدید در آنجا شکل می گیرد هنوز مشخص نیست. هر چه دانشمندان بیشتر پیشروی کنند، بیشتر تمایل دارند فکر کنند که مشکل «عامل خواب» مرموز نیست.
کرامارووا می گوید: «به احتمال زیاد، این یک توالی پیچیده از رویدادهای بیوشیمیایی است. - شاید یک کوکتل عمل می کند، یعنی مخلوطی از تعداد معینی از مواد در غلظت معین. شاید یک آبشار باشد. یعنی اثر ثابت تعدادی از مواد. علاوه بر این، به احتمال زیاد، اینها پروتئین های شناخته شده ای هستند که همه دارند.
به نظر می رسد که خواب زمستانی معادله ای با تمام موارد شناخته شده است. هر چه ساده تر باشد، حل آن دشوارتر است.
هرج و مرج کامل
با قابلیت خواب زمستانی، طبیعت یک آشفتگی کامل ایجاد کرد. تغذیه نوزادان با شیر، تخم گذاری، حفظ دمای ثابت بدن - این ویژگی ها به طور مرتب بر روی شاخه های درخت تکاملی آویزان است. و هیپوبیوز می تواند به وضوح در یک گونه آشکار شود و در عین حال در نزدیکترین خویشاوند آن کاملاً وجود نداشته باشد. به عنوان مثال، مارموت ها و سنجاب های زمینی از خانواده سنجاب ها به مدت شش ماه در راسوهای خود می خوابند. و خود سنجاب ها حتی در سخت ترین زمستان هم فکر نمی کنند به خواب بروند. اما برخی از خفاش ها (خفاش ها)، حشره خواران (جوجه تیغی)، کیسه داران و نخستی ها (لمورها) به خواب زمستانی می روند. اما آنها حتی پسرعموی دوم گوفر نیستند.
برخی از پرندگان، خزندگان، حشرات می خوابند. به طور کلی، خیلی روشن نیست که طبیعت بر چه اساسی آنها را انتخاب کرده است و نه دیگران را به عنوان خواب زمستانی. و آیا او انتخاب کرد؟ حتی آن دسته از گونه هایی که اصلاً با خواب زمستانی آشنا نیستند، در شرایط خاصی به راحتی حدس می زنند که چیست. به عنوان مثال، سگ چمنزار دم سیاه (خانواده ای از جوندگان) اگر از آب و غذا محروم شود و در اتاق تاریک و سرد قرار بگیرد، در محیط آزمایشگاهی به خواب می رود.
به نظر می رسد که منطق طبیعت دقیقاً بر این اساس است: اگر گونه ای برای زنده ماندن نیاز به زنده ماندن در فصل گرسنگی داشته باشد، گزینه ای با هیپوبیوز در ذخیره دارد.
ظریف با صدای بلند می اندیشد: «به نظر می رسد که ما با یک سازوکار تنظیمی باستانی روبرو هستیم که به طور کلی ذاتی هر موجود زنده ای است. - و این ما را به یک فکر متناقض سوق می دهد: عجیب نیست که گوفرها می خوابند. نکته عجیب این است که ما خودمان به خواب زمستانی نمی رویم. شاید ما کاملاً قادر به هیپوبیوز باشیم اگر همه چیز در تکامل در یک خط مستقیم توسعه یابد، یعنی طبق اصل افزودن کیفیت های جدید با حفظ کیفیت های قدیمی.
با این حال، به گفته دانشمندان، یک فرد در رابطه با خواب زمستانی کاملاً ناامید نیست. استرالیایی های بومی، غواصان مروارید، یوگی های هندی می توانند عملکردهای فیزیولوژیکی بدن را به حداقل برسانند. بگذارید این مهارت با تمرین طولانی به دست بیاید، اما به دست می آید! تاکنون هیچ دانشمندی نتوانسته است فردی را در خواب زمستانی کامل قرار دهد. نارکوز، خواب بی حال، کما حالت های نزدیک به هیپوبیوزیس هستند، اما مبنای متفاوتی دارند و به عنوان یک آسیب شناسی تلقی می شوند.
آزمایش‌هایی برای معرفی یک فرد به خواب زمستانی به زودی توسط پزشکان اوکراینی آغاز می‌شود. روشی که آنها توسعه دادند بر اساس دو عامل است: سطح بالای دی اکسید کربن در هوا و دمای پایین. شاید این آزمایش ها به ما اجازه ندهد که ماهیت خواب زمستانی را به طور کامل درک کنیم، اما حداقل هیپوبیوز را به یک روش بالینی کامل تبدیل می کند.
بیمار فرستاده شده به خواب
در زمان خواب زمستانی، گوفر نه تنها از سرما، بلکه از بیماری های اصلی گوفر نیز نمی ترسد: ایسکمی، عفونت ها و بیماری های انکولوژیکی. از طاعون حیوان بیدار در یک روز می میرد و اگر در حالت خواب آلودگی به آن مبتلا شود اهمیتی نمی دهد. فرصت های بزرگی برای پزشکان وجود دارد. همین بیهوشی خوشایندترین حالت برای بدن نیست. چرا آن را با یک خواب زمستانی طبیعی تر جایگزین نمی کنید؟
وضعیت را تصور کنید: بیمار در آستانه مرگ و زندگی است، ساعت شمارش می کند. و اغلب این ساعات برای انجام عمل یا یافتن اهدا کننده کافی نیست. و در خواب زمستانی تقریباً هر بیماری مانند حرکت آهسته ایجاد می شود و ما دیگر در مورد ساعت ها صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد روزها یا حتی هفته ها صحبت می کنیم. اگر تخیل خود را آزاد بگذارید، می توانید تصور کنید که چگونه بیماران ناامید در حالت هیپوبیوز غوطه ور هستند به این امید که روزی وسایل لازم برای درمان آنها پیدا شود. شرکت‌هایی که در کریونیک فعالیت می‌کنند، کاری مشابه انجام می‌دهند، فقط یک فرد از قبل مرده را منجمد می‌کنند، و احیای ارگانیسمی که ده سال در نیتروژن مایع مانده است، به سختی واقع بینانه است.
مکانیسم خواب زمستانی می تواند به درک انواع بیماری ها کمک کند. به عنوان مثال، دانشمند بلغاری Veselin Denkov در کتاب خود "در لبه زندگی" توجه به بیوشیمی خرس خواب را پیشنهاد می کند: "اگر دانشمندان موفق شوند به شکل خالص ماده ای (احتمالاً یک هورمون) را به دست آورند که وارد بدن می شود. از هیپوتالاموس خرس ها، که با کمک آن فرآیندهای زندگی در طول خواب زمستانی تنظیم می شود، سپس آنها می توانند با موفقیت افراد مبتلا به بیماری کلیوی را درمان کنند.
تاکنون، پزشکان نسبت به ایده استفاده از خواب زمستانی بسیار محتاط هستند. با این حال، مقابله با پدیده ای که به طور کامل درک نشده است خطرناک است.