Centenas de espécies animais podem hibernar. A taxa metabólica em seus organismos é reduzida em dez vezes. Eles não podem comer e dificilmente respiram. Essa condição continua sendo um dos maiores mistérios científicos. Resolver isso pode levar a avanços em muitas áreas, da oncologia ao voo espacial. Os cientistas querem fazer uma pessoa hibernar.
“Eu trabalhei na Suécia por um ano e não consegui fazer os esquilos adormecerem por um ano”, admite Lyudmila Kramarova, pesquisadora sênior do Instituto de Biofísica Teórica e Experimental da Academia Russa de Ciências (Pushchino).
No Ocidente, os direitos dos animais de laboratório são detalhados – a Declaração dos Direitos Humanos está descansando. Mas experimentos sobre o estudo da hibernação não podem ser realizados.
– A questão é: por que eles deveriam dormir se está quente na casa dos gopher e alimentado pela barriga? Gopher não são estúpidos. Aqui em nosso laboratório, eles adormeciam rapidamente comigo!
A mais gentil Lyudmila Ivanovna bate severamente o dedo na mesa e fala sobre o esquilo de laboratório que morava em sua casa. “Susya!” ela chamou da porta. “Pague-pague!” – respondeu o esquilo, que geralmente não é domado. Esta Susya não adormeceu nem uma vez em três anos em casa. No inverno, quando ficava visivelmente mais frio no apartamento, ele se enfiava embaixo do radiador e esquentava a cabeça. "Por que?" pergunta Lyudmila Ivanovna. Talvez o centro regulador da hibernação esteja em algum lugar no cérebro? Os cientistas ainda não sabem. A natureza da hibernação é uma das maiores intrigas da biologia moderna.
Morte temporária
Graças à Microsoft, nossa linguagem foi enriquecida com outra palavra da moda – hibernação. Este é o nome do modo em que o Windows Vista entra no computador para minimizar o consumo de energia. A máquina parece estar desligada, mas todos os dados são salvos ao mesmo tempo: apertei o botão – e tudo funcionou como se nada tivesse acontecido. A mesma coisa acontece com os organismos vivos. Milhares de espécies diferentes – de bactérias primitivas a lêmures avançados – são capazes de “morrer” temporariamente, o que é cientificamente chamado de hibernação ou hipobiose.
O exemplo clássico são os gophers. O que você sabe sobre gopher? Normal tais roedores da família dos esquilos. Eles cavam seus próprios martas, comem grama, procriam. Quando chega o inverno, os esquilos vão para o subsolo. É aqui que, do ponto de vista científico, acontece o mais interessante. A hibernação do Gopher pode durar até 8 meses. Na superfície, a geada às vezes atinge -50, o buraco congela até -5. Então a temperatura dos membros dos animais cai para -2 e os órgãos internos para -2,9 graus. A propósito, durante o inverno, o esquilo dorme seguido por apenas três semanas. Em seguida, ele sai da hibernação por algumas horas e depois adormece novamente. Sem entrar em detalhes bioquímicos, digamos que ele acorda para fazer xixi e se alongar.
Um esquilo congelado vive em câmera lenta: sua frequência cardíaca cai de 200-300 para 1-4 batimentos por minuto, respiração episódica - 5-10 respirações e depois sua completa ausência por uma hora. O suprimento de sangue para o cérebro é reduzido em cerca de 90%. Uma pessoa comum não pode sobreviver a nada perto disso. Ele nem consegue se tornar um urso, cuja temperatura cai bastante durante a hibernação – de 37 a 34-31 graus. Esses três a cinco graus teriam sido suficientes para nós: o corpo teria lutado pelo direito de manter os batimentos cardíacos, o ritmo respiratório e restaurar a temperatura corporal normal por mais algumas horas, mas quando os recursos energéticos se esgotam, a morte é inevitável.
batata peluda
Você sabe como é um gopher quando dorme? pergunta Zarif Amirkhanov, pesquisador sênior do Instituto de Biofísica Celular. “Como batatas da adega. Duro e frio. Só peludo.
Enquanto isso, o esquilo parece um esquilo – ele rói alegremente as sementes. Não é fácil imaginar que essa criatura alegre possa cair repentinamente em um estupor sem motivo e passar a maior parte do ano assim, e depois, novamente, sem motivo algum, “cair” desse estupor.
Um dos mistérios da hipobiose é que o animal é capaz de regular sua condição por conta própria. Uma mudança na temperatura ambiente não é necessária para isso – os lêmures de Madagascar entram em hibernação. Uma vez por ano, eles encontram um buraco, tapam a entrada e vão para a cama por sete meses, baixando a temperatura do corpo para +10 graus. E na rua ao mesmo tempo tudo igual +30. Alguns esquilos terrestres, por exemplo, os do Turquestão, também podem hibernar no calor. Não é tanto a temperatura ao redor, mas o metabolismo interno: a taxa metabólica cai em 60-70%.
“Você vê, este é um estado completamente diferente do corpo”, diz Zarif. – A temperatura corporal cai não como causa, mas como consequência. Outro mecanismo regulador é ativado. As funções de dezenas de proteínas mudam, as células param de se dividir, em geral, o corpo é completamente reconstruído em poucas horas. E então, nas mesmas poucas horas, ele é reconstruído de volta. Sem influências externas.
Lenha e fogão
A singularidade da hibernação é que o animal pode primeiro esfriar e depois aquecer sem ajuda externa. A questão é como?
“É muito simples”, diz Lyudmila Kramarova. “Tecido adiposo marrom, você já ouviu falar?
Todos os animais de sangue quente, incluindo humanos, têm essa misteriosa gordura marrom. Além disso, em bebês é muito mais do que em um adulto. Por muito tempo, seu papel no corpo era geralmente incompreensível. Na verdade, há gordura comum, por que também marrom?
– Então, descobriu-se que a gordura marrom faz o papel de um fogão – explica Lyudmila – e a gordura branca é apenas lenha.
A gordura marrom é capaz de aquecer o corpo de 0 a 15 graus. E então outros tecidos são incluídos no trabalho. Mas só porque encontramos um fogão não significa que descobrimos como fazê-lo funcionar.
“Deve haver algo que ative esse mecanismo”, diz Zarif. – O trabalho de todo o organismo está mudando, o que significa que há um certo centro que controla e lança tudo isso.
Aristóteles legou para estudar a hibernação. Não se pode dizer que a ciência vem fazendo exatamente isso desde 2500 anos. Sério, esse problema começou a ser considerado há apenas 50 anos. A questão principal é: o que no corpo desencadeia o mecanismo de hibernação? Se o encontrarmos, entenderemos como funciona e, se entendermos como funciona, aprenderemos como induzir a hibernação em pessoas que não dormem. Idealmente, estamos com você. Essa é a lógica da ciência. No entanto, com hipobiose, a lógica normal não funcionou.
Tudo começou do fim. Em 1952, o pesquisador alemão Kroll publicou os resultados de um experimento sensacional. Ao introduzir um extrato do cérebro de hamsters, ouriços e morcegos adormecidos no corpo de cães e gatos, ele causou um estado de hipobiose em animais não adormecidos. Quando o problema começou a ser tratado mais de perto, descobriu-se que o fator de hipobiose está contido não apenas no cérebro, mas em geral em qualquer órgão de um animal em hibernação. Os ratos hibernavam obedientemente se fossem injetados com plasma sanguíneo, extratos estomacais e até mesmo apenas a urina de esquilos terrestres adormecidos. De um copo de urina de gopher, os macacos também adormeceram. O efeito é reproduzido de forma consistente. No entanto, ele se recusa categoricamente a ser reproduzido em todas as tentativas de isolar uma determinada substância: urina ou sangue causam hipobiose, mas seus componentes separadamente não. Nem esquilos terrestres, nem lêmures, nem, em geral, nenhum dos hibernadores do corpo foi encontrado algo que os distinguisse de todos os outros.
A busca pelo fator hipobiose já dura 50 anos, mas o resultado é quase zero. Nem os genes responsáveis pela hibernação nem as substâncias que a causam foram encontrados. Não está claro qual órgão é responsável por essa condição. Vários experimentos incluíram as glândulas supra-renais, a glândula pituitária, o hipotálamo e a glândula tireoide na lista de “suspeitos”, mas a cada vez descobria-se que eles eram apenas participantes do processo, mas não seus iniciadores.
“Está claro que longe de toda a gama de substâncias que estão nessa fração suja é eficaz”, diz Lyudmila Kramarova. — Bem, mesmo que seja porque nós também os temos. Milhares de proteínas e peptídeos responsáveis por nossa vida com esquilos terrestres foram estudados. Mas nenhum deles – diretamente, pelo menos – está ligado à hibernação.
Foi estabelecido com precisão que apenas a concentração de substâncias muda no corpo de um esquilo adormecido, mas ainda não se sabe se algo novo é formado. Quanto mais os cientistas avançam, mais eles se inclinam a pensar que o problema não é o misterioso “fator do sono”.
“Muito provavelmente, esta é uma sequência complexa de eventos bioquímicos”, diz Kramarova. – Talvez esteja agindo um coquetel, ou seja, uma mistura de um certo número de substâncias em uma certa concentração. Talvez seja uma cascata. Ou seja, o efeito consistente de uma série de substâncias. Além disso, provavelmente, essas são proteínas conhecidas há muito tempo que todo mundo possui.
Acontece que a hibernação é uma equação com todas as conhecidas. Quanto mais simples, mais difícil é resolver.
Caos completo
Com a capacidade de hibernar, a natureza fez uma bagunça completa. Alimentar bebês com leite, botar ovos, manter uma temperatura corporal constante – essas qualidades estão penduradas nos galhos da árvore evolutiva. E a hipobiose pode se manifestar claramente em uma espécie e ao mesmo tempo estar completamente ausente em seu parente mais próximo. Por exemplo, marmotas e esquilos da família dos esquilos dormem em seus visons por seis meses. E os próprios esquilos não pensam em adormecer mesmo no inverno mais rigoroso. Mas alguns morcegos (morcegos), insetívoros (ouriços), marsupiais e primatas (lémures) entram em hibernação. Mas eles nem são primos em segundo grau dos esquilos.
Alguns pássaros, répteis, insetos dormem. Em geral, não está muito claro em que base a natureza os escolheu, e não outros, como hibernadores. E ela escolheu? Mesmo aquelas espécies que não estão familiarizadas com a hibernação, sob certas condições, facilmente adivinham o que é. Por exemplo, o cão da pradaria de cauda preta (uma família de roedores) adormece em um ambiente de laboratório se privado de água e comida e colocado em um quarto escuro e frio.
Parece que a lógica da natureza se baseia precisamente nisso: se uma espécie precisa sobreviver à estação de fome para sobreviver, ela tem uma opção com hipobiose de reserva.
“Parece que estamos lidando com um mecanismo regulatório antigo, inerente a qualquer criatura viva em geral”, Zarif pensa em voz alta. – E isso nos leva a um pensamento paradoxal: não é estranho que os esquilos durmam. O estranho é que nós mesmos não hibernamos. Talvez fôssemos bem capazes de hipobiose se tudo na evolução se desenvolvesse em linha reta, isto é, segundo o princípio de acrescentar novas qualidades mantendo as antigas.
No entanto, de acordo com os cientistas, uma pessoa em relação à hibernação não é totalmente sem esperança. Aborígenes australianos, mergulhadores de pérolas, iogues indianos podem minimizar as funções fisiológicas do corpo. Deixe essa habilidade ser alcançada por um longo treinamento, mas é alcançada! Até agora, nenhum cientista foi capaz de colocar uma pessoa em uma hibernação completa. Narcose, sono letárgico, coma são estados próximos da hipobiose, mas têm uma base diferente e são percebidos como uma patologia.
Experimentos para introduzir uma pessoa em hibernação em breve começarão médicos ucranianos. O método desenvolvido por eles é baseado em dois fatores: altos níveis de dióxido de carbono no ar e baixas temperaturas. Talvez esses experimentos não nos permitam entender completamente a natureza da hibernação, mas pelo menos transformem a hipobiose em um procedimento clínico completo.
Paciente enviado para dormir
No momento da hibernação, o gopher não tem medo não apenas do frio, mas também das principais doenças do gopher: isquemia, infecções e doenças oncológicas. Da praga, um animal acordado morre em um dia e, se estiver infectado em estado de sono, não se importa. Há grandes oportunidades para os médicos. A mesma anestesia não é o estado mais agradável para o corpo. Por que não substituí-lo por uma hibernação mais natural?
Imagine a situação: o paciente está à beira da vida e da morte, o relógio conta. E muitas vezes essas horas não são suficientes para realizar uma operação ou encontrar um doador. E na hibernação, quase todas as doenças se desenvolvem como em câmera lenta, e não estamos mais falando de horas, mas de dias, ou mesmo semanas. Se você dá asas à sua imaginação, pode imaginar como os pacientes desesperados estão imersos em um estado de hipobiose na esperança de que algum dia os meios necessários para seu tratamento sejam encontrados. As empresas envolvidas em criônica fazem algo semelhante, só que congelam uma pessoa já morta, e dificilmente é realista restaurar um organismo que permaneceu por dez anos em nitrogênio líquido.
O mecanismo de hibernação pode ajudar a entender uma variedade de doenças. Por exemplo, o cientista búlgaro Veselin Denkov em seu livro “On the Edge of Life” sugere prestar atenção à bioquímica de um urso adormecido: “Se os cientistas conseguirem obter em sua forma pura uma substância (presumivelmente um hormônio) que entra no corpo do hipotálamo dos ursos, com a ajuda dos quais os processos vitais são regulados durante a hibernação, eles poderão tratar com sucesso pessoas que sofrem de doença renal.
Até agora, os médicos estão muito cautelosos com a ideia de usar a hibernação. Ainda assim, é perigoso lidar com um fenômeno que não é totalmente compreendido.