Des centaines d'espèces animales peuvent hiberner. Le taux métabolique dans leurs organismes est décuplé. Ils ne peuvent pas manger et respirent à peine. Cette condition continue d'être l'un des plus grands mystères scientifiques. Le résoudre pourrait conduire à des percées dans de nombreux domaines, de l'oncologie au vol spatial. Les scientifiques veulent faire hiberner une personne.
"J'ai travaillé en Suède pendant un an et je n'ai pas réussi à endormir les spermophiles pendant un an", admet Lyudmila Kramarova, chercheuse principale à l'Institut de biophysique théorique et expérimentale de l'Académie russe des sciences (Pushchino).
En Occident, les droits des animaux de laboratoire sont détaillés – la Déclaration des droits de l'homme est au repos. Mais des expériences sur l'étude de l'hibernation ne peuvent pas être réalisées.
– La question est, pourquoi devraient-ils dormir s'il fait chaud dans la maison de gopher et nourris par le ventre ? Les Gophers ne sont pas stupides. Ici, dans notre laboratoire, ils s'endormiraient vite avec moi !
La plus gentille Lyudmila Ivanovna tape sévèrement du doigt sur la table et parle du gopher de laboratoire qui vivait chez elle. « Susya ! » appela-t-elle depuis la porte. « Payez-payez ! » – répondit le gopher, qui n'est généralement pas apprivoisé. Cette Susya ne s'est pas endormie une seule fois en trois ans à la maison. En hiver, quand il faisait sensiblement plus froid dans l'appartement, il grimpait sous le radiateur et se réchauffait la tête. "Pourquoi?" demande Lyudmila Ivanovna. Peut-être que le centre de régulation de l'hibernation se trouve quelque part dans le cerveau ? Les scientifiques ne savent pas encore. La nature de l'hibernation est l'une des intrigues majeures de la biologie moderne.
Décès temporaire
Grâce à Microsoft, notre langage s'est enrichi d'un autre mot à la mode : l'hibernation. C'est le nom du mode dans lequel Windows Vista entre dans l'ordinateur afin de minimiser la consommation d'énergie. La machine semble éteinte, mais toutes les données sont sauvegardées en même temps : j'ai appuyé sur le bouton – et tout a fonctionné comme si de rien n'était. La même chose se produit avec les organismes vivants. Des milliers d'espèces différentes - des bactéries primitives aux lémuriens avancés - sont capables de "mourir" temporairement, ce que l'on appelle scientifiquement l'hibernation ou l'hypobiose.
L'exemple classique est les spermophiles. Que savez-vous des gophers? Normal de tels rongeurs de la famille des écureuils. Ils creusent leurs propres visons, mangent de l'herbe, se reproduisent. Quand vient l'hiver, les gophers vont sous terre. C'est là que, d'un point de vue scientifique, se passe la chose la plus intéressante. L'hibernation de Gopher peut durer jusqu'à 8 mois. En surface, le gel atteint parfois -50, le trou gèle jusqu'à -5. Ensuite, la température des membres des animaux tombe à -2 et celle des organes internes à -2,9 degrés. À propos, pendant l'hivernage, le gopher ne dort d'affilée que pendant trois semaines. Puis il sort de son hibernation pendant quelques heures, puis s'endort à nouveau. Sans entrer dans les détails biochimiques, disons qu'il se réveille pour faire pipi et s'étirer.
Un écureuil terrestre gelé vit au ralenti : sa fréquence cardiaque passe de 200-300 à 1-4 battements par minute, une respiration épisodique - 5-10 respirations, puis leur absence complète pendant une heure. L'apport sanguin au cerveau est réduit d'environ 90 %. Une personne ordinaire ne peut pas survivre à quelque chose de proche de cela. Il n'est même pas capable de devenir comme un ours, dont la température baisse un peu pendant l'hibernation - de 37 à 34-31 degrés. Ces trois à cinq degrés nous auraient suffi : le corps se serait battu pour le droit de maintenir le rythme cardiaque, le rythme respiratoire et de rétablir une température corporelle normale pendant encore plusieurs heures, mais lorsque les ressources énergétiques s'épuisent, la mort est inéluctable.
pomme de terre poilue
Savez-vous à quoi ressemble un gopher quand il dort ? demande Zarif Amirkhanov, chercheur principal à l'Institut de biophysique cellulaire. « Comme des pommes de terre de la cave. Dur et froid. Seulement poilu.
En attendant, le gopher ressemble à un gopher - il ronge joyeusement les graines. Il n'est pas facile d'imaginer que cette joyeuse créature puisse soudainement tomber dans une stupeur sans raison et passer la majeure partie de l'année comme ça, puis, encore une fois, sans aucune raison, "tomber" de cette stupeur.
L'un des mystères de l'hypobiose est que l'animal est tout à fait capable de réguler lui-même son état. Un changement de température ambiante n'est pas du tout nécessaire pour cela - les lémuriens de Madagascar tombent en hibernation. Une fois par an, ils trouvent un creux, bouchent l'entrée et se couchent pendant sept mois, abaissant leur température corporelle à +10 degrés. Et dans la rue en même temps tout de même +30. Certains écureuils terrestres, par exemple ceux du Turkestan, peuvent également hiberner dans la chaleur. Ce n'est pas tant la température autour, mais le métabolisme à l'intérieur : le taux métabolique chute de 60 à 70 %.
"Vous voyez, c'est un état complètement différent du corps", dit Zarif. – La température corporelle baisse non pas comme une cause, mais comme une conséquence. Un autre mécanisme de régulation est activé. Les fonctions de dizaines de protéines changent, les cellules cessent de se diviser, en général, le corps se reconstruit complètement en quelques heures. Et puis dans les mêmes heures, il est reconstruit. Aucune influence extérieure.
Bois de chauffage et poêle
La particularité de l'hibernation est que l'animal peut d'abord se refroidir puis se réchauffer sans aide extérieure. La question est comment ?
"C'est très simple", explique Lyudmila Kramarova. «Tissu adipeux brun, avez-vous entendu?
Tous les animaux à sang chaud, y compris les humains, ont cette mystérieuse graisse brune. De plus, chez les nourrissons, c'est beaucoup plus que chez un adulte. Pendant longtemps, son rôle dans l'organisme était généralement incompréhensible. En fait, il y a de la graisse ordinaire, pourquoi aussi brune ?
– Ainsi, il s'est avéré que la graisse brune joue le rôle d'un poêle, – explique Lyudmila, – et la graisse blanche n'est que du bois de chauffage.
La graisse brune est capable de réchauffer le corps de 0 à 15 degrés. Et puis d'autres tissus sont inclus dans le travail. Mais ce n'est pas parce que nous avons trouvé un poêle que nous avons compris comment le faire fonctionner.
"Il doit y avoir quelque chose qui active ce mécanisme", dit Zarif. – Le travail de tout l'organisme est en train de changer, ce qui veut dire qu'il y a un certain centre qui contrôle et lance tout cela.
Aristote a légué pour étudier l'hibernation. On ne peut pas dire que la science fait exactement cela depuis 2500 ans. Sérieusement, ce problème a commencé à être considéré il y a seulement 50 ans. La question principale est : qu'est-ce qui, dans le corps, déclenche le mécanisme d'hibernation ? Si nous le trouvons, nous comprendrons comment cela fonctionne, et si nous comprenons comment cela fonctionne, nous apprendrons comment induire l'hibernation chez les non-dormants. Idéalement, nous sommes avec vous. C'est la logique de la science. Cependant, avec l'hypobiose, la logique normale ne fonctionnait pas.
Tout a commencé par la fin. En 1952, le chercheur allemand Kroll publie les résultats d'une expérience sensationnelle. En introduisant un extrait du cerveau de hamsters, de hérissons et de chauves-souris endormis dans le corps de chats et de chiens, il a provoqué un état d'hypobiose chez des animaux non endormis. Lorsque le problème a commencé à être traité de plus près, il s'est avéré que le facteur d'hypobiose est contenu non seulement dans le cerveau, mais en général dans tout organe d'un animal en hibernation. Les rats hibernaient docilement s'ils recevaient des injections de plasma sanguin, d'extraits d'estomac et même simplement de l'urine d'écureuils terrestres endormis. À partir d'un verre d'urine de gopher, les singes se sont également endormis. L'effet est systématiquement reproduit. Cependant, il refuse catégoriquement d'être reproduit dans toutes les tentatives d'isolement d'une substance particulière : l'urine ou le sang provoquent une hypobiose, mais pas leurs composants pris séparément. Ni les écureuils terrestres, ni les lémuriens, ni, en général, aucun des hibernants dans le corps n'ont trouvé quoi que ce soit qui les distingue de tous les autres.
La recherche du facteur d'hypobiose dure depuis 50 ans, mais le résultat est presque nul. Ni les gènes responsables de l'hibernation ni les substances qui la provoquent n'ont été trouvés. On ne sait pas quel organe est responsable de cette condition. Diverses expériences incluaient les glandes surrénales, l'hypophyse, l'hypothalamus et la glande thyroïde dans la liste des «suspects», mais à chaque fois, il s'est avéré qu'ils n'étaient que des participants au processus, mais pas ses initiateurs.
"Il est clair que loin de toute la gamme de substances qui se trouvent dans cette fraction sale est efficace", explique Lyudmila Kramarova. — Eh bien, ne serait-ce que parce que nous en avons surtout aussi. Des milliers de protéines et de peptides responsables de notre vie avec les écureuils terrestres ont été étudiés. Mais aucun d'entre eux - directement, du moins - n'est lié à l'hibernation.
Il a été établi avec précision que seule la concentration de substances change dans le corps d'un gopher endormi, mais on ne sait toujours pas si quelque chose de nouveau s'y forme. Plus les scientifiques avancent, plus ils sont enclins à penser que le problème n'est pas le mystérieux "facteur sommeil".
"Il s'agit très probablement d'une séquence complexe d'événements biochimiques", explique Kramarova. – Peut-être agit-il un cocktail, c'est-à-dire un mélange d'un certain nombre de substances à une certaine concentration. C'est peut-être une cascade. C'est-à-dire l'effet constant d'un certain nombre de substances. De plus, très probablement, ce sont des protéines connues de longue date que tout le monde possède.
Il s'avère que l'hibernation est une équation avec toutes les hibernations connues. Plus c'est simple, plus c'est difficile à résoudre.
Chaos complet
Avec la capacité d'hiberner, la nature a fait un gâchis complet. Nourrir les bébés avec du lait, pondre des œufs, maintenir une température corporelle constante - ces qualités sont soigneusement accrochées aux branches de l'arbre évolutif. Et l'hypobiose peut se manifester clairement chez une espèce et en même temps être complètement absente chez son parent le plus proche. Par exemple, les marmottes et les écureuils terrestres de la famille des écureuils dorment dans leurs visons pendant six mois. Et les écureuils eux-mêmes ne pensent pas à s'endormir même pendant l'hiver le plus rigoureux. Mais certaines chauves-souris (chauves-souris), insectivores (hérissons), marsupiaux et primates (lémuriens) tombent en hibernation. Mais ils ne sont même pas cousins germains des gophers.
Certains oiseaux, reptiles, insectes dorment. En général, on ne sait pas très bien sur quelle base la nature les a choisis, et pas les autres, comme hibernants. Et a-t-elle choisi ? Même les espèces qui ne connaissent pas du tout l'hibernation, sous certaines conditions, devinent facilement de quoi il s'agit. Par exemple, le chien de prairie à queue noire (une famille de rongeurs) s'endort dans un laboratoire s'il est privé d'eau et de nourriture et placé dans une pièce sombre et froide.
Il semble que la logique de la nature repose précisément sur ceci : si une espèce a besoin de survivre à la saison de famine pour survivre, elle a une option avec l'hypobiose en réserve.
"Il semble que nous ayons affaire à un ancien mécanisme de régulation, inhérent à toute créature vivante en général", pense Zarif à haute voix. – Et cela nous amène à une pensée paradoxale : il n'est pas étrange que les spermophiles dorment. Ce qui est étrange, c'est que nous-mêmes n'hibernons pas. Peut-être serions-nous tout à fait capables d'hypobiose si tout dans l'évolution se développait en ligne droite, c'est-à-dire selon le principe d'ajouter de nouvelles qualités tout en conservant les anciennes.
Cependant, selon les scientifiques, une personne par rapport à l'hibernation n'est pas entièrement désespérée. Les aborigènes australiens, les pêcheurs de perles, les yogis indiens peuvent minimiser les fonctions physiologiques du corps. Que cette compétence soit acquise par un long entraînement, mais elle est atteinte! Jusqu'à présent, aucun scientifique n'a été en mesure de mettre une personne en hibernation à part entière. Narcose, sommeil léthargique, coma sont des états proches de l'hypobiose, mais ils ont un fondement différent, et ils sont perçus comme une pathologie.
Des expériences visant à introduire une personne en hibernation commenceront bientôt par des médecins ukrainiens. La méthode qu'ils ont développée est basée sur deux facteurs : des niveaux élevés de dioxyde de carbone dans l'air et des températures basses. Peut-être que ces expériences ne nous permettront pas de comprendre pleinement la nature de l'hibernation, mais au moins de transformer l'hypobiose en une procédure clinique à part entière.
Patient envoyé dormir
Au moment de l'hibernation, le gopher n'a pas peur non seulement du froid, mais aussi des principaux maux du gopher: ischémie, infections et maladies oncologiques. De la peste, un animal éveillé meurt en un jour, et s'il est infecté dans un état somnolent, il s'en moque. Il existe d'énormes opportunités pour les médecins. La même anesthésie n'est pas l'état le plus agréable pour le corps. Pourquoi ne pas le remplacer par une hibernation plus naturelle ?
Imaginez la situation : le patient est au bord de la vie ou de la mort, l'horloge compte. Et souvent ces heures ne suffisent pas pour effectuer une opération ou trouver un donneur. Et en hibernation, presque toutes les maladies se développent comme au ralenti, et on ne parle plus d'heures, mais de jours, voire de semaines. Si vous laissez libre cours à votre imagination, vous pouvez imaginer à quel point des patients désespérés sont plongés dans un état d'hypobiose dans l'espoir qu'un jour les moyens nécessaires à leur traitement seront trouvés. Les entreprises engagées dans la cryonie font quelque chose de similaire, seulement elles congèlent une personne déjà décédée, et il n'est guère réaliste de restaurer un organisme qui a reposé pendant dix ans dans de l'azote liquide.
Le mécanisme de l'hibernation peut aider à comprendre une variété de maux. Par exemple, le scientifique bulgare Veselin Denkov dans son livre "On the Edge of Life" suggère de prêter attention à la biochimie d'un ours endormi : "Si les scientifiques parviennent à obtenir sous sa forme pure une substance (vraisemblablement une hormone) qui pénètre dans le corps de l'hypothalamus des ours, à l'aide desquels les processus vitaux sont régulés pendant l'hibernation, ils pourront alors traiter avec succès les personnes souffrant de maladie rénale.
Jusqu'à présent, les médecins sont très méfiants à l'idée d'utiliser l'hibernation. Pourtant, il est dangereux de traiter avec un phénomène qui n'est pas entièrement compris.