Cientos de especies animales pueden hibernar. La tasa metabólica en sus organismos se reduce diez veces. No pueden comer y apenas respiran. Esta condición sigue siendo uno de los mayores misterios científicos. Resolverlo podría conducir a avances en muchas áreas, desde la oncología hasta los vuelos espaciales. Los científicos quieren hacer que una persona hiberne.
“Trabajé en Suecia durante un año y no pude lograr que las tuzas se durmieran durante un año”, admite Lyudmila Kramarova, investigadora principal del Instituto de Biofísica Teórica y Experimental de la Academia Rusa de Ciencias (Pushchino).
En occidente se detallan los derechos de los animales de laboratorio – descansa la Declaración de los Derechos Humanos. Pero no se pueden llevar a cabo experimentos sobre el estudio de la hibernación.
– La pregunta es, ¿por qué deberían dormir si en la casa de las ardillas hace calor y se alimentan de la barriga? Los topos no son estúpidos. ¡Aquí en nuestro laboratorio, se dormirían rápidamente conmigo!
Lyudmila Ivanovna, la más amable, golpea severamente la mesa con el dedo y habla sobre la ardilla de laboratorio que vivía en su casa. “¡Susya!” llamó desde la puerta. "¡Paga paga!" – respondió la tuza, que por lo general no es domesticada. Esta Susya no se durmió ni una sola vez en tres años en casa. En invierno, cuando hacía mucho más frío en el apartamento, se metía debajo del radiador y se calentaba la cabeza. "¿Por qué?" pregunta Lyudmila Ivanovna. ¿Quizás el centro regulador de la hibernación está en algún lugar del cerebro? Los científicos aún no lo saben. La naturaleza de la hibernación es una de las principales intrigas de la biología moderna.
muerte temporal
Gracias a Microsoft, nuestro lenguaje se ha enriquecido con otra palabra de moda: hibernación. Este es el nombre del modo en el que Windows Vista ingresa a la computadora para minimizar el consumo de energía. La máquina parece estar apagada, pero todos los datos se guardan al mismo tiempo: presioné el botón y todo funcionó como si nada. Lo mismo sucede con los organismos vivos. Miles de especies diferentes, desde bacterias primitivas hasta lémures avanzados, pueden "morir" temporalmente, lo que científicamente se denomina hibernación o hipobiosis.
El ejemplo clásico son las tuzas. ¿Qué sabes sobre los topos? Normal tales roedores de la familia de las ardillas. Cavan sus propios visones, comen hierba, se reproducen. Cuando llega el invierno, las tuzas pasan a la clandestinidad. Aquí es donde, desde el punto de vista científico, sucede lo más interesante. La hibernación de Gopher puede durar hasta 8 meses. En la superficie, la escarcha a veces llega a -50, el agujero se congela hasta -5. Luego, la temperatura de las extremidades de los animales desciende a -2, y los órganos internos a -2,9 grados. Por cierto, durante la invernada, la tuza duerme seguida durante solo tres semanas. Luego sale de la hibernación durante unas horas y luego vuelve a dormirse. Sin entrar en detalles bioquímicos, digamos que se despierta para orinar y estirarse.
Una ardilla terrestre congelada vive en cámara lenta: su frecuencia cardíaca cae de 200-300 a 1-4 latidos por minuto, respiración episódica: 5-10 respiraciones y luego su ausencia total durante una hora. El suministro de sangre al cerebro se reduce en aproximadamente un 90%. Una persona común no puede sobrevivir a nada parecido a esto. Ni siquiera puede volverse como un oso, cuya temperatura desciende bastante durante la hibernación, de 37 a 34-31 grados. Estos tres a cinco grados nos habrían bastado: el cuerpo habría luchado por el derecho a mantener el ritmo cardíaco, el ritmo respiratorio y restablecer la temperatura corporal normal durante varias horas más, pero cuando se agotan los recursos energéticos, la muerte es inevitable.
patata peluda
¿Sabes cómo se ve una tuza cuando duerme? pregunta Zarif Amirkhanov, investigador principal del Instituto de Biofísica Celular. “Como patatas de la bodega. Duro y frío. Solo peludo.
Mientras tanto, la tuza se parece a una tuza: roe semillas alegremente. No es fácil imaginar que esta alegre criatura pueda caer repentinamente en un estupor sin motivo y pasar la mayor parte del año así, y luego, nuevamente, sin ningún motivo, "caerse" de este estupor.
Uno de los misterios de la hipobiosis es que el animal es bastante capaz de regular su condición por sí mismo. Un cambio en la temperatura ambiente no es necesario para esto: los lémures de Madagascar entran en hibernación. Una vez al año, encuentran un hueco, tapan la entrada y se acuestan durante siete meses, bajando su temperatura corporal a +10 grados. Y en la calle al mismo tiempo todo lo mismo +30. Algunas ardillas de tierra, por ejemplo, las de Turkestán, también pueden hibernar en el calor. No es tanto la temperatura alrededor, sino el metabolismo en el interior: la tasa metabólica cae en un 60-70%.
“Verás, este es un estado completamente diferente del cuerpo”, dice Zarif. – La temperatura corporal desciende no como causa, sino como consecuencia. Se activa otro mecanismo regulador. Las funciones de decenas de proteínas cambian, las células dejan de dividirse, en general, el cuerpo se reconstruye por completo en unas pocas horas. Y luego, en las mismas horas, se reconstruye de nuevo. Sin influencias externas.
Leña y estufa
La singularidad de la hibernación es que el animal primero puede enfriarse y luego calentarse sin ayuda externa. La pregunta es ¿cómo?
“Es muy simple”, dice Lyudmila Kramarova. “Tejido adiposo marrón, ¿has oído?
Todos los animales de sangre caliente, incluidos los humanos, tienen esta misteriosa grasa marrón. Además, en los bebés es mucho más que en un adulto. Durante mucho tiempo, su papel en el cuerpo fue generalmente incomprensible. De hecho, hay grasa ordinaria, ¿por qué también marrón?
– Entonces, resultó que la grasa parda juega el papel de una estufa, – explica Lyudmila, – y la grasa blanca es solo leña.
La grasa parda es capaz de calentar el cuerpo de 0 a 15 grados. Y luego se incluyen otras telas en el trabajo. Pero el hecho de que hayamos encontrado una estufa no significa que hayamos descubierto cómo hacer que funcione.
“Debe haber algo que active este mecanismo”, dice Zarif. – El trabajo de todo el organismo está cambiando, lo que significa que hay un cierto centro que controla y pone en marcha todo esto.
Aristóteles legó estudiar la hibernación. No se puede decir que la ciencia ha estado haciendo precisamente eso desde hace 2500 años. En serio, este problema comenzó a plantearse hace solo 50 años. La pregunta principal es: ¿qué en el cuerpo desencadena el mecanismo de hibernación? Si lo encontramos, entenderemos cómo funciona, y si entendemos cómo funciona, aprenderemos a inducir la hibernación en personas que no duermen. Lo ideal es que estemos contigo. Esta es la lógica de la ciencia. Sin embargo, con la hipobiosis, la lógica normal no funcionó.
Todo comenzó desde el final. En 1952, el investigador alemán Kroll publicó los resultados de un experimento sensacional. Al introducir un extracto de cerebro de hámsteres, erizos y murciélagos dormidos en el cuerpo de perros y gatos, provocó un estado de hipobiosis en animales que no dormían. Cuando el problema comenzó a tratarse más de cerca, resultó que el factor de hipobiosis está contenido no solo en el cerebro, sino en general en cualquier órgano de un animal en hibernación. Las ratas hibernaban obedientemente si se les inyectaba plasma sanguíneo, extractos de estómago e incluso la orina de las ardillas terrestres dormidas. De un vaso de orina de tuza, los monos también se durmieron. El efecto se reproduce consistentemente. Sin embargo, se niega categóricamente a reproducirse en todos los intentos de aislar una determinada sustancia: la orina o la sangre provocan hipobiosis, pero sus componentes por separado no. Ni las ardillas terrestres, ni los lémures, ni, en general, ninguno de los hibernadores en el cuerpo se encontró nada que los distinguiera de todos los demás.
La búsqueda del factor de hipobiosis lleva 50 años, pero el resultado es casi nulo. No se han encontrado los genes responsables de la hibernación ni las sustancias que la provocan. No está claro qué órgano es responsable de esta condición. Varios experimentos incluyeron las glándulas suprarrenales, la glándula pituitaria, el hipotálamo y la glándula tiroides en la lista de "sospechosos", pero cada vez resultó que eran solo participantes en el proceso, pero no sus iniciadores.
"Está claro que lejos de toda la gama de sustancias que se encuentran en esta fracción sucia es eficaz", dice Lyudmila Kramarova. — Bueno, aunque solo sea porque en su mayoría también los tenemos. Se han estudiado miles de proteínas y péptidos responsables de nuestra vida con las ardillas terrestres. Pero ninguno de ellos, al menos directamente, está conectado con la hibernación.
Se ha establecido con precisión que solo la concentración de sustancias cambia en el cuerpo de una tuza dormida, pero aún se desconoce si se forma algo nuevo allí. Cuanto más avanzan los científicos, más se inclinan a pensar que el problema no es el misterioso “factor del sueño”.
"Lo más probable es que se trate de una secuencia compleja de eventos bioquímicos", dice Kramarova. – Quizá esté actuando un cóctel, es decir, una mezcla de un cierto número de sustancias en una determinada concentración. Tal vez sea una cascada. Es decir, el efecto constante de una serie de sustancias. Además, lo más probable es que se trate de proteínas conocidas desde hace mucho tiempo que todo el mundo tiene.
Resulta que la hibernación es una ecuación con todas las conocidas. Cuanto más simple es, más difícil es de resolver.
Caos completo
Con la capacidad de hibernar, la naturaleza hizo un completo desastre. Alimentar a los bebés con leche, poner huevos, mantener una temperatura corporal constante: estas cualidades están cuidadosamente colgadas en las ramas del árbol evolutivo. Y la hipobiosis puede manifestarse claramente en una especie y al mismo tiempo estar completamente ausente en su pariente más cercano. Por ejemplo, las marmotas y las ardillas terrestres de la familia de las ardillas duermen en sus visones durante seis meses. Y las ardillas mismas no piensan quedarse dormidas incluso en el invierno más severo. Pero algunos murciélagos (murciélagos), insectívoros (erizos), marsupiales y primates (lémures) entran en hibernación. Pero ni siquiera son primos segundos de las tuzas.
Algunas aves, reptiles, insectos duermen. En general, no está muy claro sobre qué base la naturaleza los eligió a ellos, y no a otros, como hibernadores. ¿Y ella eligió? Incluso aquellas especies que no están familiarizadas con la hibernación, bajo ciertas condiciones, adivinan fácilmente de qué se trata. Por ejemplo, el perrito de las praderas de cola negra (una familia de roedores) se queda dormido en un entorno de laboratorio si se le priva de agua y comida y se le coloca en una habitación oscura y fría.
Parece que la lógica de la naturaleza se basa precisamente en esto: si una especie necesita sobrevivir a la temporada de inanición para poder sobrevivir, tiene una opción con hipobiosis en reserva.
“Parece que estamos lidiando con un antiguo mecanismo regulador, que es inherente a cualquier criatura viviente en general”, piensa Zarif en voz alta. – Y esto nos lleva a un pensamiento paradójico: no es extraño que las tuzas duerman. Lo extraño es que nosotros mismos no hibernamos. Quizás seríamos bastante capaces de hipobiosis si todo en la evolución se desarrollara en línea recta, es decir, según el principio de agregar nuevas cualidades manteniendo las antiguas.
Sin embargo, según los científicos, una persona en relación con la hibernación no está del todo desesperada. Los aborígenes australianos, los buscadores de perlas, los yoguis indios pueden minimizar las funciones fisiológicas del cuerpo. ¡Que esta habilidad se logre mediante un largo entrenamiento, pero se logra! Hasta ahora, ningún científico ha sido capaz de poner a una persona en hibernación completa. La narcosis, el sueño letárgico, el coma son estados cercanos a la hipobiosis, pero tienen una base diferente y se perciben como una patología.
Los médicos ucranianos pronto comenzarán experimentos para introducir a una persona en hibernación. El método que desarrollaron se basa en dos factores: altos niveles de dióxido de carbono en el aire y bajas temperaturas. Quizás estos experimentos no nos permitan comprender completamente la naturaleza de la hibernación, pero al menos convertir la hipobiosis en un procedimiento clínico completo.
Paciente enviado a dormir
En el momento de la hibernación, la tuza no teme solo al frío, sino también a las principales dolencias de la tuza: isquemia, infecciones y enfermedades oncológicas. De la peste, un animal despierto muere en un día, y si se infecta en un estado de sueño, no le importa. Hay grandes oportunidades para los médicos. La misma anestesia no es el estado más agradable para el cuerpo. ¿Por qué no reemplazarlo con una hibernación más natural?
Imagina la situación: el paciente está al borde de la vida o la muerte, el reloj cuenta. Y muchas veces estas horas no son suficientes para realizar una operación o encontrar un donante. Y en hibernación, casi cualquier enfermedad se desarrolla como a cámara lenta, y ya no hablamos de horas, sino de días, o incluso semanas. Si das rienda suelta a tu imaginación, podrás imaginar cómo los pacientes desesperanzados se sumergen en un estado de hipobiosis con la esperanza de que algún día se encuentren los medios necesarios para su tratamiento. Las empresas dedicadas a la criónica hacen algo similar, solo que congelan a una persona que ya está muerta, y no es realista restaurar un organismo que ha estado durante diez años en nitrógeno líquido.
El mecanismo de hibernación puede ayudar a comprender una variedad de dolencias. Por ejemplo, el científico búlgaro Veselin Denkov en su libro “Al borde de la vida” sugiere prestar atención a la bioquímica de un oso dormido: “Si los científicos logran obtener en su forma pura una sustancia (presumiblemente una hormona) que ingresa al cuerpo del hipotálamo de los osos, con la ayuda de los cuales se regulan los procesos vitales durante la hibernación, podrán tratar con éxito a las personas que padecen enfermedades renales.
Hasta ahora, los médicos desconfían mucho de la idea de usar la hibernación. Aún así, es peligroso lidiar con un fenómeno que no se comprende completamente.