Átaludhatnánk-e mi is a telet, mint a medvék?

Ahogy beköszönt a nyálkás ősz, egyre több az influenza-, nátha- és covidvírus, ráadásul egyre magasabb a fűtésszámla, szinte automatikusan vetődik fel az ötlet: milyen jó lenne átaludni a telet, mint a medvék! Egyszerűen hibernálódni, csak arra a néhány hónapra, amikor sötét van és hideg.

A New Scientist szerint elképzelhető, hogy ha néhány millió évvel visszatekernénk az evolúció kerekét, arra csodálkozhatnánk rá, hogy amikor nem volt elég ennivaló, vagy hidegebb időszak beköszöntött be, az emlősök közös őse aludt téli álmot, bár ezzel a tulajdonsággal az ősemberek már nem rendelkeztek. Nagy kár, mivel amerikai kutatók szerint nem csupán a hideget és az éhséget lehetne az átmeneti hibernációval leküzdeni, hanem olyan betegségek ellen is sikeresen fel lehetne venni aharcot, mint az Alzheimer-kór, az agyvérzés és a szívinfarktus. Sőt, vannak, akik szerint ebben rejlik a mélyűr-kolonizáció és a hosszú élet titka is.

Téli álom, torpor és hibernáció

A pelék, a sündisznók, a denevérek, számos hüllő, kétéltű, sőt még bizonyos rovarok is alszanak téli álmot, nem beszélve a medvéről. A csúcstartóknak a nagy pelék számítanak: ezek a kis rágcsálók akár hét hónapot is eltöltenek ebben az állapotban, németül emiatt Siebenschläfernek, vagyis hétalvónak nevezik őket.

Számos nyelvben hívják „téli álomnak” ezt az állapotot, Vlad Vyazovskiy, az Oxfordi Egyetem alvásfiziológiával foglalkozó professzora szerint azonban a hibernációt az alváshoz hasonlítani olyan, mint amikor az almát a körtével vetjük össze. Míg az alvást az agyi folyamatok határozzák meg, a hibernációt az anyagcserefolyamatok, vagyis szigorúan technikai értelemben véve éber és alvó állapotban is lehet hibernálni vagy hibernálódni.

Ennek a jelenségnek a középpontjában az úgynevezett torpor állapota áll, amelynek során az állat csökkenti fiziológiai aktivitását, ezt pedig testhőmérsékletének és anyagcseréjének csökkenése jelzi. A torpor különböző mértékű lehet és változó ideig, néhány napig, de hónapokig is tarthat – a hosszan eltartó változatát nevezhetjük hibernációnak. A testhőmérséklet esése is jelenthet pusztán néhány Celsius-fokot vagy drasztikusabb csökkenést is, és ugyanígy az anyagcsere-folyamatok lassulása is változó. Bizonyos állatoknál ez csupán 10-20 százalék, másoknál szinte teljesen leáll az anyagcsere. Sőt, vannak olyan élőlények is, amelyek szabályos időközönként felébrednek, míg mások hosszú ideig maradnak a torpor állapotában.

A sarki ürge lehet az Alzheimer-kór gyógyításának egyik kulcsa

A kutatók eddig olyan szélsőségekkel találkoztak, mint a leopárdürge (Ictidomys tridecemlineatus) vagy a fekete medve (Ursus americanus), amelyek szervezete teljesen máshogy viselkedik a torpor állapotában. A különféle fajok és különösen genetikai állományuk változásainak tanulmányozása a hibernáció mélyebb megértésén túl a jövőben betegségek gyógyításához és az öregedés lassításához is hozzájárulhat.

photo_camera Leopárdürge (Ictidomys tridecemlineatus) Fotó: Leemage via AFP

Tudósok megfigyelték, hogy a leopárdürge például egymást követő ciklusokban addig csökkenti testhőmérsékletét, amíg az csak egy kicsivel lesz magasabb a környezeténél, és élelem vagy víz nélkül több mint hat hónapig képes a torpor állapotában maradni. Eközben számos életfolyamatát felfüggeszti, és a főbb tápanyagokat speciális folyamatokon keresztül hasznosítja újra. Például a gyomrában található mikrobák segítségével újrahasznosítja vizeletét, az ebben található karbamidból vonja ki ugyanis az izmai állapotának fenntartásához szükséges nitrogént; ezen kívül a télire elraktározott súlyfeleslegéből adódó inzulinproblémákat és a hibernációs állapotokat kísérő vérnyomás-ingadozásokat is negatív következmények nélkül képes kezelni. A leopárdürge rokona, a sarki ürge pedig az Alzheimer-kórral gyakran összefüggésbe hozott agyi plakkok lerakódását képes visszafordítani éber állapotában. A kutatók azt remélik, hogy ezt a folyamatot jobban megismerve sikeresebben lehetne fellépni az Alzheimer-kór kialakulása ellen is.

Katherine Grabek, a kaliforniai összehasonlító genomikával foglalkozó Fauna Bio egyik alapítója csapatával a leopárdürge genomját hasonlítja össze több mint ötven másik hibernáló és nem hibernáló emlős genetikai kódjával, hogy a torpor állapotainak jótékony biológiai hatásait a jövőben esetleg humán gyógyszerek fejlesztésére lehessen átfordítani. Vizsgálódásaik során már sikerült is olyan molekulákat azonosítaniuk, amelyek védelmet nyújthatnak a magas vérnyomás, a szívkoszorúér-betegség és a szívizomgyulladás ellen, bár még hosszú az út a gyógyszerfejlesztésig.

Inkább medveszerű lehetne az emberi hibernáció

Az ürgefélékhez képest a medvék teljesen máshogy kezelik a torpor állapotát. A fekete medve például mindössze 6 Celsius-fokkal csökkenti testhőmérsékletét, és mintegy 25 százalékkal lassítja anyagcsere-folyamatait. Szívverését percenként 55-ről 9-re mérsékli, veséjét leállítja, inzulinrezisztenssé válik, és közel 5-7 hónapig képes a torpor állapotában maradni evés, ivás és ürítés nélkül. Ehhez egyebek mellett arra van szüksége, hogy a téli álmot megelőző időszakra rendesen felhizlalja magát: mire megkezdi a hibernációt, szervezetének testzsírszázaléka a 40 százalékot is elérheti. Annyira látványos a hízás, hogy az alaszkai Katmai Nemzeti Park 2014 óta minden évben megrendezi az úgynevezett Fat Bear Week online szavazós versenyt, amiben a nézők dönthetik el, hogy a nemzeti park melyik medvéjének sikerült a legtöbbet magára szednie. Ez egyébként nagyon fontos a medvék túlélése szempontjából, a torpor állapotában ugyanis teljesen elhasználják az így felhalmozott energiát. Viszont amikor tavasszal felébrednek, gond nélkül visszaállítják inzulinaktivitásukat, és izmaik bármiféle károsodása nélkül indulhatnak neki a nagyvilágnak.

photo_camera Fotó: BRINGARD DENIS / HEMIS.FR/Hemis via AFP

A medvék szervezetének bámulatos folyamatait évek óta vizsgálják a kutatók, bár a mechanizmusaikat még mindig nagyon hézagosan sikerült megfejteni. Pedig ezek megértésével a jövőben lehetővé válhatna az inzulinrezisztencia visszafordítása vagy a mozgáshiány miatti izomsorvadás megelőzése. Néhány tudós szerint ha az embernek valaha is sikerülne a mesterséges torpor állapotába lépnie, az a medvék téli álmához lehetne hasonló. Hanna Carey, a Wisconsini Egyetem professzora úgy véli, hogy az ember nem lenne képes a kis testű állatok szintjén hibernálni, viszont a medvék anyagcsere-lassító folyamataiból rengeteget profitálhatna.

Az adenozin és a szunnyadó hőszabályozás

A kutatók nem csupán a hibernáció közben végbemenő anyagcsere-folyamatokat igyekeznek megérteni, hanem azt is, hogy mi folyik a hibernáló állatok agyában. Mivel az adenozin nevű neurotranszmitter, vagyis az ingerület átviteléért felelős molekula kapcsolatba hozható az alvás minőségével – ha az adenozin az agy hippokampuszában lévő receptorokhoz kötődik, az agyi aktivitás lecsökken, és álmosságérzet alakul ki –, 2011-ben Kelly Drew, az Alaszkai Egyetem kémiai és biokémiai tanszékének munkatársa és kutatócsoportja sarki ürgéknek adott be olyan gyógyszert, ami aktiválta vagy elnyomta az adenozin mechanizmusait. Erre az állatok spontán felébredtek a téli álomból, vagy a torpor állapotába kerültek, ez azonban csak télen működött, amikor az ürgék már készültek a hibernációra. Azt egyelőre a kutatók nem tudják, mi lehet ennek az oka és pontos mechanizmusa, és egyelőre azt is találgatják, hogy milyen hatással lehet az adenozin olyan emlősökre, amelyek nem alszanak téli álmot.

Az Alaszkai Egyetem kutatói ezért hasonló kísérleteket végeztek a köztudottan nem hibernálódó patkányokon is, és kiderült, hogy az állatok agyába kerülő adenozin-többlet a patkányok testhőmérsékletének csökkenéséhez vezetett. Ez azonban nem járt a hipotermia tüneteivel, például hidegrázással és anyagcserezavarral, ami a jövőben például a szívinfarktus vagy az agyvérzés kezeléséhez használt hipotermiás terápiát is könnyebbé tehetné.

Egy másik amerikai kutatócsoport Domenico Tupone vezetésével az Oregoni Orvostudományi Egyetemen arra az úgynevezett fordított hőmérséklet-szabályozási mechanizmusra bukkant rá, ami a hibernáció egyik kulcsmozzanata lehet. Normál körülmények között az emlősök úgy reagálnak a hidegre, hogy a testük elkezdi aktiválni a barna zsírszöveteket, amelyek energiát termelnek és hőt generálnak. A hibernáció folyamatában épp az ellenkezője történik: a lehűlés gátolja a hőtermelést, míg a meleg serkenti. Tupone-nak és csapatának sikerült a hibernációhoz hasonló hőszabályozást elérni kísérleti patkányoknál úgy, hogy az adenozin mechanizmusait aktiváló gyógyszereket adtak be nekik. A kutató szerint a patkányok és az emberek agyi hálózata nagyon hasonló, és gyanítható, hogy az emberben is megtalálható a hibernációs hőszabályozást előidéző „agyi áramkör”, csak valószínűleg elveszthettük a képességünket arra, hogy aktiváljuk.

A hibernáció a hosszú élet titka?

Ez tehát nem azt jelenti, hogy innentől kezdve már csak a megfelelő pirulát kell kifejleszteni az adenozin mechanizmusainak serkentésére, és máris megúszhatjuk hibernációval a téli hónapokat, de kutatók szerint az elképzelhető, hogy kifejlesszenek olyan gyógyszereket, amelyek befolyásolják a hibernáció folyamatában szerepet játszó agyi aktivitást, és így egy apró lépéssel közelebb kerülhetünk a hibernációhoz. Még az is lehet, hogy ehhez olyan környezeti faktorokat is be lehet majd vonni, amelyekre a hibernáló állatok is reagálnak, például a tél vagy a táplálékhiányos, böjti időszak. A kutatások egyelőre gyerekcipőben járnak, de a tudósok szerint az egyre világosabbá válik, hogy a hibernációval járó biológiai folyamatok hasznát az ember anélkül is ki tudná használni, hogy feltétlenül a torpor állapotába kerülne. Ezek a folyamatok ugyanis azért fejlődtek ki, hogy optimalizálják az állatok anyagcseréjének rugalmasságát és így az állat egészségét a torpor állapotában – állítja Matthew Regan, a Montreali Egyetem állatfiziológiával foglalkozó adjunktusa.

Ez azért is jó hír, mert egyre inkább úgy tűnik, hogy a hibernálódó állatok hosszabb ideig élnek. Egy idén augusztusban megjelent tanulmány szerint a mormoták és a denevérek szervezete lassabban öregszik a hibernáció idején, ez pedig azt jelenti, hogy a torpor állapotának alaposabb megértése az öregedés folyamatát is új színben tüntetheti fel.

És mi van az űrrel?

Egyelőre távol állunk attól, hogy az ember télire hibernálja magát, bár az biztató, hogy a tudósok például az adenozin hatásait már tisztábban látják. Ennek ellenére az űrkutatásban már felmerült a gondolat, hogy a hosszú űrutazásokon hibernációval lehetne megvédeni az asztronautákat a káros környezeti hatásoktól (a Perseverance marsjáró hét hónapot utazott, hogy eljuthasson a Marsra). Leopold Summerer, az Európai Űrügynökség munkatársa, aki az innovatív űrutazási megoldásokat kereső és értékelő csapatot vezeti, úgy véli, hogy a hibernáció nagyon elegánsan oldana meg jó néhány problémát, amelyek máskülönben új rakétameghajtó rendszerek fejlesztését tennék szükségessé, hogy jelentősen lerövidülhessen az utazás ideje.

Ha a NASA, az ESA vagy a SpaceX embert akarna küldeni a Marsra, ahhoz az űrhajósokat hónapokra össze kellene zárni egymással egy apró űrhajóban, minimális mennyiségű élelemmel, miközben a mikrogravitáció kikezdené a csontjaikat és az izmaikat, miközben nagy dózisban érné őket a kozmikus sugárzás. A hibernáció a kutatók jelenlegi tudása szerint ezeket a jelenségeket mind kivédhetné: a medvék és a sarki ürgék csontszerkezete teljesen ép marad a torpor állapotában, és a téli álmot alvó ürgék a magas szintű sugárzással szemben is ellenállást mutattak. Summerer csapata jelenleg azt vizsgálja, hogy a hibernáló állatok sejtjei hogyan viselkednek mikrogravitációs közegben, így kiderülhet, hogy ténylegesen bevethető lenne-e a torpor állapota a mélyűr meghódítása során.

A NASA szintén aktívan dolgozik a problémán, például a SpaceWorks nevű céggel együttműködésben. A vállalat célja, hogy 32 Celsius-fokra csökkentse le az emberi test hőmérsékletét, ami mintegy felére csökkentené az anyagcsere-folyamatok mértékét. John Bradford, a SpaceWorks vezetője a New Scientistnek azt mondta, úgy képzeli el a Marsra tartó, 4-6 hónapnyi űrutazást, hogy azt az emberek nem végig a torpor állapotában töltenék el, hanem kéthetes alvási periódusokat megszakító pár napos ébrenléttel.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: