Czy mózg susła pomoże medycynie?

Pamiętacie motyw przewodni „Seksmisji”? Zahibernowani bohaterowie obudzili się w zupełnie nowym świecie. Ale o ile w czasach powstania filmu pomysł hibernacji zaliczał się do sfery science-fiction, dziś już naukowcy patrzą na to całkiem poważnie. A wszystko za sprawą małego susła.

Portret susła

Suseł północny, a właściwie susłogon arktyczny (Urocitellus parryii) to mały gryzoń z rodziny wiewiórkowatych. Jego ciało razem z ogonem ma niecałe 60 cm i waży około 800 g. Mieszka w norkach głębokich na niecałe 3 metry, które opuszcza jedynie przez 4 miesiące w roku, w godzinach od 5 rano do 20. Przez pozostałe 8 miesięcy zapada w sen zimowy, czyli hibernuje.

Ponieważ sen susła trwa tak długo, wcześniej musi on zapewnić sobie zapas energii. W tym celu bardzo energicznie zbiera pokarm: rośliny (zioła, bulwy, trawy, liście, nasiona), owoce (głównie jagody), owady, grzyby, jaja ptaków i padlinę (zdarza się, że susły zjadają martwe ciała swoich krewniaków). Zwierzę je jak najwięcej w czasie sezonu, by mieć siły na rozród i zbudować warstwę tłuszczową na zimę – jego masa zwiększa się dwukrotnie. Gromadzi też roślinny pokarm na wiosnę, by zjeść go zaraz po wybudzeniu.

Hibernacja susła

Chociaż susłogon przez swój aktywny czas zjada dość dużo, i tak musi oszczędnie gospodarować nagromadzonymi w ciele zapasami, by przetrwać zimowy sen. Dlatego też obniża temperaturę ciała, by zmniejszyć zapotrzebowanie na energię i zwolnić spalanie tłuszczu. Dzięki temu spada też zapotrzebowanie na tlen.

Susły podczas hibernacji prawie się nie ruszają, spędzają w tej samej pozycji całe tygodnie. W tym czasie ich organizm „zwalnia” – zmniejsza się tempo bicia serca i częstotliwość oddechów a mózg „zasypia” zmniejszając liczbę połączeń. Zwierzę często nie wydala moczu ani kału, zużywając prawie całe zapasy, bez produktów ubocznych.

Dlaczego mała ilość tlenu nie szkodzi

Podczas hibernacji zmniejszone zapotrzebowanie na tlen sprawia, że susły wykorzystują zaledwie 2-3% tego, co zużyłyby podczas normalnej aktywności. Nie powoduje to jednak niedotlenienia ani żadnych skutków ubocznych, takich jak martwica czy udar. Dlaczego?

Badania laboratoryjne wykazały, że zwierzęta te mają specyficzny rodzaj białek, które chronią komórki mózgu przed niedotlenieniem i niską temperaturą. To one powodują hibernację i odpowiednio przygotowują na ten stan susły. Przeprowadzono nawet eksperyment, podczas którego podawano to właśnie białko innym zwierzętom. Zaobserwowano, że wkrótce zaczynały one hibernować a ich mózg zużywał mniej tlenu.

Dlaczego mózg nie zamarza

Podczas hibernacji temperatura ciała susła spada często do -4ºC, a w niektórych populacjach nawet do -10ºC.

U większości ssaków spadek temperatury ciała do 20ºC oznacza zatrzymanie rytmu serca i śmierć. Nawet większość zwierząt hibernujących nie jest w stanie wytrzymać temperatury poniżej 0ºC. Mróz zabija bowiem komórki, zamieniając zawartą w nich wodę w kryształki lodu uszkadzające delikatne struktury.

Jak to się dzieje, że susły rok w rok przesypiają zimę i budzą się całe i zdrowe?

Tajemnicą jest fakt, że ich mózg jednak umiera, ale częściowo a potem się regeneruje. Suseł pilnuje, by odpowiednio go zreaktywować. Jak to się dzieje?

Naukowcy odkryli, że podczas snu duża część połączeń nerwowych w mózgu susła ulega zniszczeniu. Prawdopodobnie umarłby również cały mózg, gdyby nie ciekawy „zwyczaj” zwierzęcia. Co dwa-trzy tygodnie ciało susła zaczyna drżeć. Dreszcze podnoszą temperaturę ciała do normalnego poziomu 36,4ºC, dzięki czemu komórki w mózgu zaczynają się odradzać a zbędne, nieaktywne łącza są „przycinane”. W ten sposób następuje reaktywacja, dzięki której po jakiś 12-15 suseł znów zasypia. Cykl powtarza się aż do wiosny.

Co ciekawe, chociaż temperatura ciała susła spada poniżej 0ºC, ich głowa utrzymuje nieznacznie wyższą ciepłotę. Podczas eksperymentów najniższą temperaturą szyi, jaką zanotowano było 0,7°C.

„Nowy” mózg po wybudzeniu

Wiosną, gdy zwierzę się całkowicie wybudza, jego mózg potrzebuje jedynie 2 godzin do powrotu do formy. Prawie wszystkie jego połączenia nerwowe zostają wymienione. Naukowcy odkryli, że „nowy” organ funkcjonuje lepiej niż przed hibernacją, choć początkowo zwierzę musi nauczyć się paru podstawowych rzeczy od nowa. Ten zadziwiający proces badacze porównują do wyrośnięcia na pogorzelisku nowego lasu w ciągu zaledwie kilku dni.

Jak susły mogą pomóc ludziom

Niezwykłe zdolności susłów otwierają przed dzisiejszą medycyną nowe możliwości. Lekarze, w gruncie rzeczy bezradni w obliczu choroby Alzheimera, Parkinsona, a nawet cukrzycy, zawału czy udaru, mają nadzieje na poznanie nowych możliwości mózgu ludzkiego i zastosowanie hibernacji jako metody leczenia.

Już teraz stosuje się obniżanie temperatury organizmu w trakcie operacji na otwartym sercu lub po zatrzymaniu jego akcji. Jednak wciąż pojawiają się problemy z niebezpiecznym drżeniem ciała w niskich temperaturach.

Naukowcy nie wiedzą też, w jaki sposób zadziałać, by podczas teoretycznej hibernacji człowieka mięśnie, kości, mózg i serce nie doznały uszkodzeń w wyniku braku ruchu. Poza tym, duże otłuszczenie jako zapas energii mogłoby spowodować wystąpienie powikłań, takie jak choroby serca, nowotwory czy cukrzyca.

Rozwiązania tych problemów badacze szukają w obserwacjach susła. Wykorzystanie niezwykłych ścieżek w mózgu tych zwierząt mogłoby zapobiec niszczeniu komórek mózgowych u ludzi a nawet pomóc w odwracaniu tego procesu, co byłoby lekiem na chorobę Alzheimera i udar. Podanie białka podobnego do białek susła prawdopodobnie zwiększyłoby produkcję dopaminy, której brak powoduje chorobę Parkinsona oraz pomogło odbudować struktury zniszczone podczas zaawansowanej cukrzycy. Podobnie, spowolnienie reakcji i działania organizmu mogłoby ułatwić przeprowadzanie operacji. Tak samo zrozumienie pracy serca w spowolnionym tempie pomogłoby zapobiegać i leczyć choroby układu krwionośnego.

Dla osób, których chorób nie udało by się w ten sposób wyleczyć, zahibernowanie mogłoby być nadzieją na bezpieczne doczekanie czasu wynalezienia skutecznej terapii.

Hibernacja w kosmosie

Zjawisko hibernacji uczeni planują wykorzystać także podczas podróży kosmicznych. Wiadomo, że czas w kosmosie liczy się inaczej, ze względu na ogromne odległości. Być może zahibernowani astronauci byli by w stanie dotrzeć dalej, gdyby ich organizm nie ulegał starzeniu i wyniszczeniu.

Każdy może hibernować?

Naukowcy próbują nawet spekulować, że geny odpowiedzialne za hibernowanie można znaleźć u wszystkich gatunków ssaków, w tym u człowieka. Dowodem potwierdzającym tą tezę mają być badania przeprowadzone na myszach, które uśpiono za pomocą siarkowodoru a których częstotliwość oddechu i bicia serca znacznie spadła nie uśmiercając zwierząt, potem wybudzonych.

Odnotowano również wypadki przypadkowej hibernacji u ludzi: norweskiej narciarki, która wpadła do lodowatej wody i kanadyjskiej dziewczynki zagubionej w nocy poza domem. Ich serce i oddech praktycznie stanęły a temperatura spadła do kilkunastu stopni. Obie udało się bezpiecznie przywrócić do życia.

Jednak myśląc entuzjastycznie o hibernacji należy pamiętać, jak wysokie niesie ona koszty dla usypianego sztucznie organizmu i że w naturze jest to jedynie rozwiązanie służące przetrwaniu.

Ciekawostki

• Wydaje się, że całe życie susłów obraca się wokół hibernacji. Zwierzęta te żyją w grupach, z których każda ma wyznaczony teren, zazdrośnie strzeżony przed innymi w celu ochrony źródła pożywienia i energii na zimowy sen. Suseł z obcej koloni, który zapędzi się na nie swoje terytorium może zostać zabity.
• Kalendarza susłów nie da się oszukać. Podczas prób przeprowadzanych w laboratoriach badacze odkryli, że mimo sztucznie zaserwowanym zwierzętom zmianom (np. dnia i nocy, pokarmu czy temperatury), susłogony zapadały w hibernację w równych, około dziesięciomiesięcznych odstępach.
• Zaobserwowano, że niektóre zwierzęta zapadające w hibernację budzą się z niej od czasu do czasu, by… się wyspać. Po regeneracji zdrowym, normalnym snem mogą znów zapaść w poprzedni stan.
• Naukowcy przeprowadzający badania hibernacji u zwierząt odkryli, że niedźwiedzie mają zdolność odtwarzania niszczonych podczas snu kości. Możliwości te mogłyby zostać wykorzystane przy leczeniu cukrzycy typu 2.

Polecamy

• Hibernacja