Когато времето захладнее, а дългите студени нощи наближават, животните съвсем разумно се скриват на топло и не се показват чак до пролетта. Тогава защо ние, хората, продължаваме да бодърстваме? И – което е по-важно – наистина ли е необходимо?

Какво представлява хибернацията?

Всички знаем какво е хибернацията, нали? Вероятно това е един от първите „научни“ факти, които научаваме още като деца: всяка зима, вместо да се изправят пред студа и мрачното време, някои животни натрупват запаси, намират си сигурно убежище и се отдават на дълбок зимен сън, докато слънцето не се покаже отново.

Но както се оказва с почти всичко, което сме учили по природни науки в началното училище, и „хибернацията“ е далеч по-сложна, отколкото изглежда. На първо място, тя изобщо не е едно-единствено състояние. В животинския свят има различни степени на покой – от еднодневните периоди на торпор, в които изпадат животни като мишките и прилепите, до толкова крайни физиологични промени, че звучат почти невероятно.

„Например, когато арктическите земни катерици хибернират, телесната им температура пада толкова ниско, че не може да им се направи ЕЕГ [електроенцефалограма]“, обяснява Кели Дрю, изследовател по биология на хибернацията в Университета на Аляска във Феърбанкс и директор на Центъра за трансформативни изследвания на метаболизма към NIH. При вътрешна телесна температура, по-ниска от точката на замръзване на водата, „изглеждат така, сякаш са в кома“, казва тя пред IFLScience.

Разбира се, не всички животни, които прекарват зимата в подобно състояние, стигат до такива крайности. Кафявите мечки – едни от най-известните хиберниращи животни, включително благодарение на ежегодния Fat Bear Week – понижават телесната си температура с по-малко от около 5°C. И противно на представата ни за хибернацията, през месеците, които прекарват в бърлогата, те всъщност се събуждат сравнително често.

Това неизбежно повдига въпроса: ако и двете толкова различни състояния се смятат за хибернация, какво всъщност ги обединява?

„В техническия смисъл [торпорът] е регулирано състояние на понижен метаболизъм – тоест химичните реакции в организма, които го поддържат жив, се забавят“, обяснява Владислав Вязовски, доцент по невронауки в Оксфордския университет, в статия за The Conversation.

„Сърдечният ритъм, дишането и разходът на енергия намаляват драстично, а телесната температура също може да спадне.“

Именно тези физиологични особености отличават хибернацията – продължителен период на торпор, характерен за някои топлокръвни животни – от брумацията, състояние на покой, в което при по-студено време изпадат някои влечуги, например костенурки и леопардови гекони. На пръв поглед брумацията почти не се различава от хибернацията, но от гледна точка на метаболизма двете състояния са съвсем различни. Брумацията се предизвиква от външни фактори, докато хибернацията се регулира от процеси в самия организъм.

„При облигатните хибернатори, като земните катерици, хибернацията се задейства от вътрешен годишен биологичен ритъм“, казва Дрю пред IFLScience. „Факултативните хибернатори, като хамстерите, реагират на скъсяването на деня. И в двата случая хибернацията е свързана с размножаването и наличието на ресурси.“

Подготовка за дългия зимен покой

Ако някога искаме да приложим хибернацията и при хората, добре е първо да знаем в какво точно се състои тя. Какво се случва с организма на едно животно, когато то се подготвя за зимния покой – и би ли могло човешкото тяло да понесе толкова дълъг период на, казано направо, почти пълно бездействие?

„Контролираната хипотермия и понижаването на метаболизма вече се използват широко в клиничната практика“, обяснява Вязовски. „[Тези подходи се прилагат] при сърдечни операции и за предпазване на тъканите от увреждане при намален кръвоток, например след инсулт.“

Ползите са очевидни. При по-нисък метаболизъм и телесна температура клетките например се нуждаят от по-малко кислород, за да оцелеят. „Но съществената разлика е, че животните [сякаш] ‘знаят’ как безопасно и спонтанно да изпаднат в торпор“, продължава той. „За да понижим телесната температура на човек чрез потискане на естествената му терморегулация, се налага агресивно медикаментозно лечение.“

Засега възпроизвеждането на истинска хибернация или торпор при хората остава извън възможностите ни – и причините за това са много.

Знаем какво се случва с тялото на животното, когато то се подготвя да прекара зимата в хибернация. По същество процесът протича на два етапа, обяснява Дрю, с ясно разграничени периоди на предхибернация и торпор.

„[През] периода преди хибернацията половите жлези регресират, нуждата от сън се засилва, вътрешният ‘термостат’ се настройва на по-ниска температура, а скоростта на метаболизма намалява“, казва тя пред IFLScience. „Вторият механизъм въвежда животното в продължителен торпор, [по време на който] термогенезата – производството на топлина – силно намалява… [а това] води до допълнително пестене на енергия.“

Все още обаче не знаем с точност как се задейства целият този процес. Дали той започва „отдолу нагоре“, с основни биологични промени на клетъчно ниво? Или протича по-скоро „отгоре надолу“ – започвайки с хормонална реакция или сигнал от нервната система, който след това предизвиква промени в по-малките метаболитни процеси?

Има данни в подкрепа и на двете хипотези, но все още липсва категоричен отговор. А загадките не свършват дотук – някои особености на хибернацията, откровено казано, все още трудно се вписват в представите ни за начина, по който би трябвало да функционира организмът.

Хибернация по пътя към Марс?

Когато една мечка излезе от хибернация, тя е значително по-малка и по-лека, отколкото е била преди началото ѝ. И това едва ли е изненадващо – животното може да е прекарало до седем месеца почти без движение, без да се храни, да пие, да уринира или да се изхожда. Загубите обаче далеч не са толкова тежки, колкото бихме могли да предположим – а именно това открива някои любопитни възможности за бъдещето.

„През пролетта мечките излизат от бърлогите си в добро здраве и само с минимална загуба на мускулна маса“, казва проф. Александър Чукер, съавтор на научна публикация, посветена на стратегията на Европейската космическа агенция (ESA) за използване на хибернация при мисии в дълбокия Космос.

„Необходими са им само около 20 дни, за да се върнат в нормална форма. Това ни показва, че хибернацията предпазва от атрофия на мускулите и костите вследствие на обездвижването и предотвратява увреждането на тъканите.“

Абонирайте се за нашия бюлетин и получавайте безплатно всеки месец новия брой на CURIOUS директно във входящата си поща.

Хибернацията в момента е сред горещите теми в астронавтиката. Докато човечеството все по-сериозно поглежда към червения ни съсед, много специалисти виждат в изкуствено предизвиканата хибернация – или, по-вероятно, в торпора – възможно решение на редица проблеми, с които ще трябва да се справят бъдещите мисии до Марс.

Едно двупосочно пътуване до Червената планета вероятно би продължило около 18 месеца – време, през което човешките пътници естествено ще трябва да се хранят и да се движат. Освен това толкова продължителният престой в Космоса може да има сериозни последици за физическото здраве на астронавтите. Дори ако оставим настрана чисто практическите трудности, човешката хибернация би могла да се окаже ценна и заради психологическата защита, която потенциално би осигурила.

„Ако хората можеха [да хибернират]… това би могло да увеличи шансовете ни да се превърнем във вид, способен да пътува в Космоса“, казва Гари Хардиман, старши автор на изследване, при което е предизвикан торпор при рибки зебра, в свое изявление. „Това би… намалило психологическия стрес. Промяната в метаболизма [на астронавтите] би намалила нуждата им от храна, кислород и вода, а е възможно също така да предпазва мускулите им от загуба на маса вследствие на радиацията и микрогравитацията.“

Рисковете на хибернацията

На този етап вероятно някои от вас вече се чудят къде могат да се запишат за проучване на човешката хибернация. Но не бързайте.

Подобно на ESA, NASA също проучва възможността за създаване на протоколи за човешка хибернация. Дори агенцията обаче предупреждава, че подобен подход има сериозни недостатъци. Организмът ще трябва да получава хранителни вещества чрез сонда, въведена през коремната стена, а при сегашното ниво на технологиите вероятно ще са необходими и силни седативи, за да се потисне естествената реакция на тялото да трепери при охлаждане.

Не очаквайте и да се събудите прекрасно отпочинали. Хибернацията не е същото като съня. Тя „може да се разглежда като продължение на съня“, казва Дрю пред IFLScience. „Всъщност животните трябва вече да спят, за да навлязат в хибернация – те преминават от бавновълнов сън към хибернация, а когато се събуждат, отново минават през бавновълнов сън.“

Може би най-тревожният въпрос – особено ако в този момент се намирате на 94 милиона километра (58 милиона мили) от дома – е как толкова продължителен период на безсъзнание би се отразил на мозъка. Това е особено трудно да се прецени, защото всъщност все още не знаем какъв точно би бил ефектът.

„Торпорът влияе върху мозъка… като намалява и пренарежда синаптичните връзки, върху които се изграждат нашите спомени“, обяснява Вязовски. „Ако искаме да предизвикваме хибернация при хората, ще бъде жизненоважно да проучим много по-задълбочено как се съхраняват спомените по време на продължителен торпор.“

Човешката хибернация: възможна ли е наистина?

Независимо от потенциалните ползи и рискове, остава един основен въпрос, на който все още не сме отговорили: могат ли хората действително да се научат да хибернират?

„Смятаме, че хората могат да хибернират“, казва Дрю пред IFLScience. „Опитни йоги могат да потискат [собствения си] метаболизъм и да достигат до състояния, наподобяващи хибернация.“

Ако това звучи изненадващо, има още нещо, което си струва да имаме предвид. Според д-р Санди Мартин, автор на изследване върху специфичните модели на генна експресия, свързани с хибернацията при бозайниците, способността е толкова широко разпространена в еволюционното дърво на бозайниците, че е напълно възможно необходимите механизми просто да са заложени в генетичния ни код.

„Общият прародител на всички бозайници [вероятно] е хибернирал“, казва тя пред New Scientist. „Възможно е всички ние да разполагаме с необходимия генетичен механизъм.“

С други думи, при хората хибернацията може би не е толкова въпрос да се „научим“ как да я правим, колкото да си „спомним“ нещо, което организмът ни някога е умеел. И дори може да не се налага да се връщаме чак толкова назад в еволюционната история. Има „дори някои доказателства“, макар и оспорвани, казва Дрю пред IFLScience, които „подсказват, че праисторическите хора може да са хибернирали“.

Към безкрая и… зззззззззз

Възможно ли е тогава бъдещето на човечеството сред звездите да зависи от биологичен механизъм, който сме оставили някъде назад в еволюционното си минало? Може би. Истината е, казва Дрю пред IFLScience, че все още сме „далеч от пълното разбиране“ на хибернацията и всички нейни особености – както в миналото, така и с оглед на възможното ѝ приложение в бъдеще.

„Хибернацията се среща при изключително широк и разнообразен спектър от животни, без да се очертава ясна еволюционна линия“, посочва тя. А защо някои животни прекарват цялата зима в подобно състояние, докато други не го правят? „Не знаем“, признава тя.

И точно тук стигаме до същината на въпроса: дори хората да могат да се научат да хибернират – бихме ли искали? В крайна сметка този механизъм се е развил, за да помага на животните да оцеляват през суровата и безмилостна зима. Ние, хората, водим несравнимо по-удобен живот и целогодишно разполагаме с топла храна, отопление и всички останали удобства на цивилизацията. Ако искаме отново да убедим гените си, че хибернацията ни е необходима, може би първо ще трябва да се откажем от част от този комфорт. А струва ли си?

Ако надеждите на NASA и ESA се сбъднат, хибернацията все пак може да намери място в бъдещето на човечеството. Но за да стигнем дотам, предстоят още много работа и научни изследвания.

А що се отнася до хъркащите астронавти на бъдещето, можем само да си представяме колко различен ще бъде животът им от нашия – и в същото време колко много може да прилича на този на някои далеч по-внушително закръглени представители на животинското царство.

„О, мечките, определено“, казва Дрю пред IFLScience. „Мечките са идеалният модел за човешка хибернация – размерите им са сходни с нашите, а телесната им температура не пада толкова ниско, колкото при земните катерици… Именно мечките са моделът, който бихме искали да следваме.“