2 часа назад
2
Путь на Красную планету весьма неблизок. Могут ли люди впасть в спячку по пути на Марс? Ученые пытаются воссоздать биологию, которая позволяет животным месяцами выживать без пищи и воды, в надежде сделать возможными полеты в дальний космос.
Длительные космические путешествия вредны для человеческого здоровья, пишет The Guardian. Очень вредны. Пребывание в космосе подвергает людей опасно высокому уровню радиации; длительное воздействие микрогравитации может привести к повреждению целого ряда систем органов, включая мышцы, кости и глаза. Проживание в течение нескольких месяцев или лет в стесненных условиях может иметь серьезные психологические последствия.
Ключом к решению этих проблем, продолжает The Guardian, может стать физиологическая стратегия, которой уже 250 миллионов лет, позволяющая млекопитающим, птицам, рыбам и другим животным выживать в условиях крайней нехватки ресурсов, по сути, переходя в автономный режим: спячка. Впадая в спячку, животные почти полностью отключают функции своего организма; они не едят, не пьют и не двигаются, и, что не менее важно, не испытывают голода или жажды и, похоже, не страдают от холода. Эта замечательная способность может оказаться решающей для того, чтобы помочь людям добраться до Марса и за его пределы, а также спасти жизни на Земле.
Оказывается, спячка может защитить от многих опасностей, связанных с длительным космическим полетом, включая радиационное облучение и потерю костной и мышечной массы. Более того, погружение путешественников в длительное бессознательное состояние может помочь снизить риск пребывания в замкнутом пространстве на месяцы или годы. Спящий режим также может значительно сократить количество пищи и воды, необходимых для полета, уменьшив полезную нагрузку и позволив космонавтам добраться до места назначения – и вернуться обратно – за меньшее время.
Проблема, конечно, в том, что люди по природе своей не впадают в спячку, замечает The Guardian. В отличие от медведей, летучих мышей и многих других видов, эволюция не привела к радикальному снижению нашего метаболизма в условиях нехватки ресурсов. Чтобы преодолеть это, растущая группа ученых по всему миру работает над разработкой методов, которые могут безопасно вызывать зимнюю спячку у людей.
Эти исследователи, некоторые из которых финансируются Европейским космическим агентством (ЕКА) и НАСА, выясняют, как гибернаторы отключаются, а затем включаются снова – без каких–либо негативных последствий после нескольких месяцев без еды, воды и физических упражнений.
Опасность космической радиации
Радиация является особой проблемой при длительных космических полетах, подчеркивает The Guardian. На Земле атмосфера блокирует большинство радиоактивных частиц, в космосе же защиты нет. Во время длительного космического путешествия путешественники будут постоянно подвергаться воздействию опасных уровней вредных ионов. Частицы могут попасть в ловушку внутри космического аппарата, нанося еще больший ущерб тем, кто находится внутри.
Исследования показали, что спячка защищает от этого вреда. Во время спячки животные снижают свою метаболическую активность, потребляют меньше кислорода и плотно упаковывают нити ДНК, что защищает от радиационного повреждения. Кроме того, гибернаторы обладают мощными механизмами восстановления ДНК.
Эти существа содержатся в спящем режиме - специально спроектированном помещении, которое воссоздает их естественную среду обитания.
Грачева изучает, как животные могут обходиться без воды в течение восьми месяцев – во время зимней спячки животные не пьют, даже если им дают воду. Она определила область мозга, подслизистый орган (SFO), который, по-видимому, регулирует этот процесс, а также молекулу, которая, по-видимому, устраняет жажду при введении в субфорникальный орган. Она отмечает, что эта область мозга также существует у видов, не впадающих в спячку, включая человека.
В настоящее время исследователи изучают способы взлома физиологии человека, чтобы мы тоже могли воспользоваться этими преимуществами. Они экспериментируют с лекарствами, ультразвуком и другими стратегиями, позволяющими людям входить в состояние искусственного оцепенения, как это известно. (Хотя эти два термина часто используются как синонимы, ученые обычно определяют оцепенение как кратковременное состояние, длящееся от нескольких часов до суток, в то время как спячка длится гораздо дольше, в течение недель или месяцев.
Синтетическое оцепенение, как правило, включает в себя как краткосрочную, так и долгосрочную дезактивацию метаболизма.)
Вот уже более двух десятилетий Дрю по программе НАСА изучает арктических сусликов, которые впадают в спячку с августа по май, понижая температуру своего тела с 37 градусов по Цельсию до минусовой. Работа Дрю была сосредоточена на том, как животные защищают свой мозг, сердце и мышцы при низкой температуре - состоянии, при котором живые клетки обычно погибают. Она и ее коллеги обнаружили, что во время зимней спячки миозин, ключевой мышечный белок, радикально изменяет способ использования энергии, позволяя мышцам переносить низкие температуры без повреждений.
Выявлены ключевые механизмы
В последние годы исследователям удалось вызвать у ряда животных искусственное оцепенение, рассказывает далее The Guardian. Почти во всех этих экспериментах использовались инвазивные методы, обычно это были операции на головном мозге. Профессор физиологии Болонского университета Маттео Серри, например, воздействовал на клетки бледного шва - области мозга, которая играет ключевую роль в регулировании температуры и энергопотребления.
Но хотя эта работа помогает пролить свет на механизмы, задействованные в этом процессе, было бы непрактично или этично вскрывать черепа космических путешественников каждый раз, когда им приходилось входить в оцепенение или выходить из него. С 2023 года несколько групп, в том числе ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, использовали ультразвук, неинвазивный метод, который передает звуковые волны, чтобы вызвать у животных искусственное оцепенение. Серри и его коллеги, которые получают финансирование от Ека, надеются вскоре начать тестирование этого подхода на здоровых добровольцах.
Спячка чрезвычайно сложна – в конце концов, она затрагивает каждую клетку организма – и в этом процессе почти наверняка задействовано множество переключателей. Исследователь нейробиологии Массачусетского технологического института Синиша Хрватин выявил еще одну область мозга, которая, по-видимому, играет ключевую роль в этом процессе. В статье, опубликованной ранее в этом году (но еще не прошедшей экспертную оценку), он и его команда исследовали область, известную как преоптическая область, которая играет ключевую роль в обмене веществ и температуре. Активируя нейроны в преоптической области хомяков, исследователи вводили их в оцепенение, понижая температуру тела животных до 15°C.
Хрватин отмечает, что эта преоптическая нейронная цепь, вероятно, существует у самых разных животных, включая тех, которые вообще не впадают в спячку или оцепенение. И это говорит о том, что можно было бы вызвать состояние, подобное гибернации, у животных, которые обычно не отключаются.
Некоторые ученые уже проводят эксперименты на людях. В исследовании, опубликованном в прошлом году, исследователь из Питтсбургского университета Клифтон Каллауэй давал здоровым людям седативное средство под названием дексмедетомидин в течение пяти дней; это привело к снижению скорости метаболизма на 20% и общему потреблению калорий на 30%. По сравнению с тем, что делает суслик, это совсем немного. Но Каллауэй, чья работа получила финансирование от НАСА, говорит, что этого может быть достаточно, чтобы защитить путешественников, по крайней мере, от некоторых опасностей космического полета. А во время длительного полета даже относительно небольшое снижение метаболизма может повлиять на эффективность.
Это также спасет жизни на Земле
Перспективы синтетического оцепенения простираются далеко за пределы обеспечения безопасности космических полетов. Ученые изучают его как средство лечения широкого спектра заболеваний, включая рак и болезнь Альцгеймера. Гибернация, по-видимому, стимулирует восстановление и регенерацию многих органов и типов клеток. И, по-видимому, это препятствует росту раковых клеток и делает их более уязвимыми для лечения. И Серри, и Хрватин изучают эту область.
Дрю, профессор Университета Аляски, и другие ученые считают, что это также может быть полезно при ожирении; повышая, а не снижая скорость метаболизма, врачи могли бы помочь людям сжигать больше калорий.
Группа голландских ученых идентифицировала молекулу, связанную с гибернацией, которая, по их мнению, обладает потенциалом для лечения болезни Паркинсона, сердечной недостаточности, астмы и других заболеваний. Роб Хеннинг, Рулоф Хат и Кис ван дер Грааф, исследователи из Университета Гронингена, выделили молекулу SUL-138 у сирийских хомяков, которые впадают в оцепенение, когда температура опускается ниже 18°C. Хеннинг и его коллеги протестировали это соединение на ряде животных, не впадающих в спячку, и показали, что оно обладает широкими защитными и регенерирующими свойствами. Недавно они начали небольшое испытание этого соединения на людях для пациентов с болезнью Паркинсона.
