Ratusan spesies hewan dapat berhibernasi. Tingkat metabolisme dalam organisme mereka berkurang sepuluh kali lipat. Mereka tidak bisa makan dan sulit bernafas. Kondisi ini terus menjadi salah satu misteri ilmiah terbesar. Memecahkannya dapat menghasilkan terobosan di banyak bidang, mulai dari onkologi hingga penerbangan luar angkasa. Para ilmuwan ingin membuat seseorang berhibernasi.
“Saya bekerja di Swedia selama setahun dan tidak bisa membuat para penjualnya tertidur selama setahun,” aku Lyudmila Kramarova, peneliti senior di Institut Biofisika Teoritis dan Eksperimental dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia (Pushchino).
Di Barat, hak-hak hewan laboratorium dirinci – Deklarasi Hak Asasi Manusia sedang beristirahat. Tetapi eksperimen tentang studi hibernasi tidak dapat dilakukan.
– Pertanyaannya, mengapa mereka harus tidur jika hangat di rumah gopher dan diberi makan dari perut? Gopher tidak bodoh. Di sini, di laboratorium kami, mereka akan segera tertidur dengan saya!
Lyudmila Ivanovna yang paling baik hati dengan keras mengetukkan jarinya di atas meja dan berbicara tentang penggali laboratorium yang tinggal di tempatnya. “Susya!” dia memanggil dari ambang pintu. “Bayar-bayar!” – jawab gopher, yang umumnya tidak jinak. Susya ini tidak tertidur bahkan sekali dalam tiga tahun di rumah. Di musim dingin, ketika udara terasa lebih dingin di apartemen, dia memanjat ke bawah radiator dan menghangatkan kepalanya. "Mengapa?" tanya Lyudmila Ivanovna. Mungkin pusat pengaturan hibernasi ada di suatu tempat di otak? Ilmuwan belum tahu. Sifat hibernasi adalah salah satu intrik utama dalam biologi modern.
Kematian sementara
Berkat Microsoft, bahasa kami telah diperkaya dengan kata kunci lain – hibernasi. Ini adalah nama mode di mana Windows Vista memasuki komputer untuk meminimalkan konsumsi daya. Mesin tampaknya dimatikan, tetapi semua data disimpan pada saat yang sama: Saya menekan tombol – dan semuanya bekerja seolah-olah tidak ada yang terjadi. Hal yang sama terjadi dengan organisme hidup. Ribuan spesies berbeda – dari bakteri primitif hingga lemur tingkat lanjut – dapat “mati” sementara, yang secara ilmiah disebut hibernasi, atau hipobiosis.
Contoh klasik adalah menghubungkan. Apa yang kamu ketahui tentang gopher? Hewan pengerat seperti itu normal dari keluarga tupai. Mereka menggali cerpelai mereka sendiri, makan rumput, berkembang biak. Saat musim dingin tiba, penjual akan pergi ke bawah tanah. Di sinilah, dari sudut pandang ilmiah, hal yang paling menarik terjadi. Hibernasi gopher dapat bertahan hingga 8 bulan. Di permukaan, embun beku terkadang mencapai -50, lubang membeku hingga -5. Kemudian suhu anggota badan hewan turun menjadi -2, dan organ dalam menjadi -2,9 derajat. Ngomong-ngomong, selama musim dingin, gopher tidur berturut-turut hanya selama tiga minggu. Kemudian keluar dari hibernasi selama beberapa jam, dan kemudian tertidur lagi. Tanpa membahas detail biokimia, katakanlah dia bangun untuk buang air kecil dan meregangkan tubuh.
Tupai tanah yang beku hidup dalam gerakan lambat: detak jantungnya turun dari 200-300 menjadi 1-4 detak per menit, pernapasan episodik - 5-10 napas, dan kemudian mereka benar-benar tidak ada selama satu jam. Suplai darah ke otak berkurang sekitar 90%. Orang biasa tidak dapat bertahan hidup apa pun yang dekat dengan ini. Dia bahkan tidak bisa menjadi seperti beruang, yang suhunya turun sedikit selama hibernasi – dari 37 menjadi 34-31 derajat. Tiga hingga lima derajat ini sudah cukup bagi kita: tubuh akan berjuang untuk mendapatkan hak untuk mempertahankan detak jantung, ritme pernapasan, dan mengembalikan suhu tubuh normal selama beberapa jam lagi, tetapi ketika sumber energi habis, kematian tidak dapat dihindari.
kentang berbulu
Apakah Anda tahu seperti apa gopher ketika tidur? tanya Zarif Amirkhanov, peneliti senior di Institut Biofisika Sel. “Seperti kentang dari ruang bawah tanah. Keras dan dingin. Hanya berbulu.
Sementara itu, gopher terlihat seperti gopher – ia dengan riang menggerogoti benih. Tidak mudah membayangkan bahwa makhluk ceria ini bisa tiba-tiba jatuh pingsan tanpa alasan dan menghabiskan sebagian besar tahun seperti ini, dan kemudian, sekali lagi, tanpa alasan sama sekali, "jatuh" dari pingsan ini.
Salah satu misteri hipobiosis adalah hewan ini cukup mampu mengatur kondisinya sendiri. Perubahan suhu lingkungan sama sekali tidak diperlukan untuk ini - lemur dari Madagaskar jatuh ke hibernasi. Setahun sekali, mereka menemukan lubang, menutup pintu masuk dan pergi tidur selama tujuh bulan, menurunkan suhu tubuh mereka hingga +10 derajat. Dan di jalan pada saat yang sama semua +30 sama. Beberapa tupai tanah, misalnya, yang Turkestan, juga dapat berhibernasi dalam cuaca panas. Bukan suhu sekitar, tetapi metabolisme di dalam: tingkat metabolisme turun 60-70%.
“Anda lihat, ini adalah kondisi tubuh yang sama sekali berbeda,” kata Zarif. - Suhu tubuh turun bukan sebagai penyebab, tetapi sebagai konsekuensinya. Mekanisme pengaturan lain diaktifkan. Fungsi lusinan protein berubah, sel berhenti membelah, secara umum, tubuh sepenuhnya dibangun kembali dalam beberapa jam. Dan kemudian dalam beberapa jam yang sama dibangun kembali. Tidak ada pengaruh dari luar.
Kayu bakar dan kompor
Keunikan dari hibernasi adalah hewan tersebut pertama-tama dapat mendinginkan diri dan kemudian melakukan pemanasan tanpa bantuan dari luar. Pertanyaannya adalah bagaimana?
“Ini sangat sederhana,” kata Lyudmila Kramarova. “Jaringan adiposa coklat, pernahkah Anda mendengar?
Semua hewan berdarah panas, termasuk manusia, memiliki lemak coklat misterius ini. Selain itu, pada bayi jauh lebih banyak daripada pada orang dewasa. Untuk waktu yang lama, perannya dalam tubuh umumnya tidak dapat dipahami. Padahal ada lemak biasa, kenapa juga coklat?
– Jadi, ternyata lemak coklat berperan sebagai kompor, – jelas Lyudmila, – dan lemak putih hanyalah kayu bakar.
Lemak coklat mampu menghangatkan tubuh dari 0 hingga 15 derajat. Dan kemudian kain lain termasuk dalam pekerjaan. Tetapi hanya karena kami telah menemukan kompor tidak berarti kami telah menemukan cara untuk membuatnya bekerja.
“Pasti ada sesuatu yang menghidupkan mekanisme ini,” kata Zarif. – Pekerjaan seluruh organisme berubah, yang berarti bahwa ada pusat tertentu yang mengendalikan dan meluncurkan semua ini.
Aristoteles mewariskan untuk mempelajari hibernasi. Tidak dapat dikatakan bahwa sains telah melakukan hal itu sejak 2500 tahun. Serius masalah ini mulai dipertimbangkan hanya 50 tahun yang lalu. Pertanyaan utamanya adalah: apa yang memicu mekanisme hibernasi di dalam tubuh? Jika kita menemukannya, kita akan memahami cara kerjanya, dan jika kita memahami cara kerjanya, kita akan belajar cara menginduksi hibernasi pada orang yang tidak tidur. Idealnya, kami bersamamu. Ini adalah logika sains. Namun, dengan hipobiosis, logika normal tidak berfungsi.
Semuanya dimulai dari akhir. Pada tahun 1952, peneliti Jerman Kroll menerbitkan hasil eksperimen sensasional. Dengan memasukkan ekstrak otak hamster, landak, dan kelelawar yang sedang tidur ke dalam tubuh kucing dan anjing, ia menyebabkan keadaan hipobiosis pada hewan yang tidak tidur. Ketika masalah mulai ditangani lebih dekat, ternyata faktor hipobiosis tidak hanya terkandung di otak, tetapi secara umum di setiap organ hewan yang sedang berhibernasi. Tikus patuh hibernasi jika mereka disuntik dengan plasma darah, ekstrak perut, dan bahkan hanya urin tupai tanah tidur. Dari segelas urin gopher, monyet juga tertidur. Efeknya secara konsisten direproduksi. Namun, ia dengan tegas menolak untuk direproduksi dalam semua upaya untuk mengisolasi zat tertentu: urin atau darah menyebabkan hipobiosis, tetapi komponennya secara terpisah tidak. Baik tupai tanah, lemur, maupun, secara umum, salah satu hibernator dalam tubuhnya tidak menemukan apa pun yang akan membedakan mereka dari yang lain.
Pencarian faktor hipobiosis telah berlangsung selama 50 tahun, tetapi hasilnya hampir nol. Baik gen yang bertanggung jawab atas hibernasi maupun zat yang menyebabkannya tidak ditemukan. Tidak jelas organ mana yang bertanggung jawab atas kondisi ini. Berbagai percobaan memasukkan kelenjar adrenal, dan kelenjar pituitari, dan hipotalamus, dan kelenjar tiroid dalam daftar "tersangka", tetapi setiap kali ternyata mereka hanya peserta dalam proses, tetapi bukan penggagasnya.
“Jelas bahwa jauh dari seluruh rentang zat yang ada di fraksi kotor ini efektif,” kata Lyudmila Kramarova. — Yah, jika hanya karena kita kebanyakan memilikinya juga. Ribuan protein dan peptida yang bertanggung jawab atas kehidupan kita dengan tupai tanah telah dipelajari. Tapi tak satu pun dari mereka – secara langsung, setidaknya – terhubung dengan hibernasi.
Telah ditetapkan dengan tepat bahwa hanya konsentrasi zat yang berubah dalam tubuh gopher yang sedang tidur, tetapi apakah sesuatu yang baru terbentuk di sana masih belum diketahui. Semakin maju para ilmuwan, semakin mereka cenderung berpikir bahwa masalahnya bukanlah "faktor tidur" yang misterius.
“Kemungkinan besar, ini adalah rangkaian peristiwa biokimia yang kompleks,” kata Kramarova. – Mungkin koktail bertindak, yaitu campuran sejumlah zat tertentu dalam konsentrasi tertentu. Mungkin itu kaskade. Artinya, efek yang konsisten dari sejumlah zat. Selain itu, kemungkinan besar, ini adalah protein yang sudah lama diketahui yang dimiliki setiap orang.
Ternyata hibernasi adalah persamaan dengan semua yang diketahui. Semakin sederhana, semakin sulit untuk dipecahkan.
Kekacauan total
Dengan kemampuan untuk hibernasi, alam membuat kekacauan total. Memberi makan bayi dengan susu, bertelur, mempertahankan suhu tubuh yang konstan – kualitas-kualitas ini digantung dengan rapi di cabang-cabang pohon evolusi. Dan hipobiosis dapat dimanifestasikan dengan jelas dalam satu spesies dan pada saat yang sama sama sekali tidak ada dalam kerabat terdekatnya. Misalnya, marmut dan tupai tanah dari keluarga tupai tidur di cerpelai mereka selama enam bulan. Dan tupai itu sendiri tidak berpikir untuk tertidur bahkan di musim dingin yang paling parah. Tetapi beberapa kelelawar (kelelawar), pemakan serangga (landak), marsupial dan primata (lemur) jatuh ke dalam hibernasi. Tetapi mereka bahkan bukan sepupu kedua untuk menghubungkan.
Beberapa burung, reptil, serangga tidur. Secara umum, tidak begitu jelas atas dasar apa alam memilih mereka, dan bukan orang lain, sebagai hibernator. Dan apakah dia memilih? Bahkan spesies yang sama sekali tidak mengenal hibernasi, dalam kondisi tertentu, dengan mudah menebak apa itu. Misalnya, anjing padang rumput ekor hitam (keluarga hewan pengerat) tertidur di laboratorium jika kekurangan air dan makanan dan ditempatkan di ruangan yang gelap dan dingin.
Tampaknya logika alam tepat didasarkan pada ini: jika suatu spesies perlu bertahan hidup di musim kelaparan untuk bertahan hidup, ia memiliki pilihan dengan hipobiosis sebagai cadangan.
“Sepertinya kita berhadapan dengan mekanisme pengaturan kuno, yang melekat pada semua makhluk hidup pada umumnya,” pikir Zarif dengan lantang. – Dan ini membawa kita ke pemikiran paradoks: tidak aneh jika penjual tidur. Anehnya kita sendiri tidak hibernasi. Mungkin kita akan cukup mampu untuk hipobiosis jika segala sesuatu dalam evolusi berkembang dalam garis lurus, yaitu menurut prinsip penambahan kualitas baru sambil mempertahankan kualitas yang lama.
Namun, menurut para ilmuwan, seseorang dalam kaitannya dengan hibernasi tidak sepenuhnya putus asa. Aborigin Australia, penyelam mutiara, yogi India dapat meminimalkan fungsi fisiologis tubuh. Biarkan keterampilan ini dicapai dengan pelatihan panjang, tetapi itu tercapai! Sejauh ini, tidak ada ilmuwan yang mampu menempatkan seseorang dalam hibernasi penuh. Narkosis, tidur lesu, koma adalah keadaan yang dekat dengan hipobiosis, tetapi memiliki dasar yang berbeda, dan dianggap sebagai patologi.
Eksperimen untuk memperkenalkan seseorang ke hibernasi akan segera dimulai dokter Ukraina. Metode yang mereka kembangkan didasarkan pada dua faktor: tingkat karbon dioksida yang tinggi di udara dan suhu yang rendah. Mungkin eksperimen ini tidak akan memungkinkan kita untuk sepenuhnya memahami sifat hibernasi, tetapi setidaknya mengubah hipobiosis menjadi prosedur klinis yang lengkap.
Pasien disuruh tidur
Pada saat hibernasi, gopher tidak hanya takut pada dingin, tetapi juga penyakit utama gopher: iskemia, infeksi, dan penyakit onkologis. Dari wabah, hewan yang terjaga mati dalam sehari, dan jika terinfeksi dalam keadaan mengantuk, ia tidak peduli. Ada peluang besar bagi dokter. Anestesi yang sama bukanlah keadaan yang paling menyenangkan bagi tubuh. Mengapa tidak menggantinya dengan hibernasi yang lebih alami?
Bayangkan situasinya: pasien berada di ambang hidup dan mati, jam menghitung. Dan seringkali jam-jam tersebut tidak cukup untuk melakukan operasi atau mencari donor. Dan dalam hibernasi, hampir semua penyakit berkembang seperti dalam gerakan lambat, dan kita tidak lagi berbicara tentang jam, tetapi tentang hari, atau bahkan minggu. Jika Anda memberikan kebebasan untuk imajinasi Anda, Anda dapat membayangkan bagaimana pasien yang putus asa tenggelam dalam keadaan hipobiosis dengan harapan suatu hari nanti sarana yang diperlukan untuk perawatan mereka akan ditemukan. Perusahaan yang terlibat dalam cryonics melakukan hal serupa, hanya saja mereka membekukan orang yang sudah mati, dan hampir tidak realistis untuk memulihkan organisme yang telah berbaring selama sepuluh tahun dalam nitrogen cair.
Mekanisme hibernasi dapat membantu untuk memahami berbagai penyakit. Misalnya, ilmuwan Bulgaria Veselin Denkov dalam bukunya "On the Edge of Life" menyarankan untuk memperhatikan biokimia beruang yang sedang tidur: "Jika para ilmuwan berhasil memperoleh dalam bentuk murni suatu zat (mungkin hormon) yang masuk ke dalam tubuh dari hipotalamus beruang, dengan bantuan yang mengatur proses kehidupan selama hibernasi, maka mereka akan berhasil mengobati orang yang menderita penyakit ginjal.
Sejauh ini, para dokter sangat berhati-hati dengan ide menggunakan hibernasi. Namun, berbahaya untuk menghadapi fenomena yang tidak sepenuhnya dipahami.