Временное бессмертие: научится ли человек впадать в спячку
Люди и многие другие существа на планете чередуют время бодрствования и активности примерно в одном ритме. Однако есть и такие животные, что овладели искусством гибернации, что позволяет им проводить в загадочном состоянии полусна большую часть жизни. Что такое спячка на самом деле, и способны ли на нее люди?
На заре научного изучения гибернации (от латинского hibernus «зимний»), Питер Браун в работе 1847 года дал такое определение: «естественное, временное, промежуточное состояние между жизнью и смертью, в которое погружаются некоторые животные из-за холода, засухи или недостатка кислорода». Сегодня мы знаем, что спячка очень распространенное явление, встречающееся среди представителей как минимум семи различных порядков млекопитающих, от мышей и медведей до ежей, земляных белок, летучих мышей и даже тропических приматов. Она протекает в разнообразных формах, поэтому порой бывает трудно дать ясное определение такому состоянию. Еще сложней представить, как могла бы выглядеть гибернация человека.
Существует целый ряд признаков, характерных для спячки. Самый главный из них — это контролируемое замедление метаболизма, многих физиологических и биохимических процессов в организме. В научно-фантастических фильмах людей, находящихся в гибернации, изображают лежащими в капсулах, полностью обездвиженными и без сознания. Подразумевается, что температура их тела очень низкая. Поэтому это часто называют «крио-сном» или похожим словом. Авторы такого жанра старательно избегают объяснений, как именно достигается гибернация человека или что вызывает «пробуждение», как будто это пустяковый вопрос, не заслуживающий внимания.
Впрочем, для фантастов это простительно. Но становится не по себе от мысли, что сон — состояние, которое так хорошо знакомо каждому из нас, — также остается загадкой. Я занимаюсь нейробиологией сна, и в центре внимания моей лаборатории — происхождение и фундаментальная биология сна. Я убежден в том, что мы сможем понять природу сна лишь в сопоставлении с другими состояниями бытия, такими как спячка. Однако исследования все еще находятся на начальной стадии, и мы многого не знаем об этом явлении.
В последнее время есть возрождение интереса к теме гибернации. Это легко объяснимо: мир сталкивается с острыми проблемами планетарного масштаба, включая изменение климата, техногенные катастрофы, войны, неизлечимые болезни, пандемии и кризисы психического здоровья. Ученые бьются над извечными вопросами: достижение бессмертия (или хотя бы значительное продление качественной жизни), разгадка тайны сознания или путешествие к дальним уголкам Вселенной. Гибернация предстает как потенциальная возможность решения наших проблем, тех желаний и тревог, которые мы не в состоянии преодолеть с помощью более приземленных подходов. Разве вас никогда не посещала мысль о том, как было бы здорово заснуть и проснуться тогда, когда дела пойдут лучше?
Спячка бывает двух видов: сезонная, многодневная, с глубоким подавлением обмена веществ, часто длящаяся месяцами и занимающая значительную часть жизни животного, или более короткая и мягкая форма, так называемое суточное оцепенение. Полосатый суслик (Ictidomys tridecemlineatus) впадает в типичную сезонную спячку. Почувствовав первые признаки приближения зимы, эти животные быстро набирают вес и роют длинные норы в земле, куда они спускаются где-то в октябре, чтобы не видеть света как минимум до марта следующего года. Примечательно, что температура тела во время спячки может опускаться до минусовых значений, а сердцебиение и дыхание значительно замедляются. Поэтому спячку не зря описывают как состояние между жизнью и смертью.
Одно из лабораторных исследований сирийского хомячка (Mesocricetus auratus) показало, что, готовясь к спячке, животные строят гнездо, которое почти всегда представляет собой тщательно сделанную конструкцию, так что над стружками виднеется только выгнутая спина зверька. Затем хомяк «сворачивается в тугой клубок, спрятав нос под хвост». Когда хомяк впадает в спячку, потребление кислорода и температура падают одновременно, достигая минимальных значений через 3-4 часа. Для джунгарских хомячков (Phodopus sungorus), происходящих из юго-западной Сибири и северо-восточного Казахстана, характерен торпор, состояние суточного оцепенения. Когда температура окружающей среды снижается до 6°C, шерсть этих животных меняется с серо-коричневой на белую, а температура тела падает примерно до 20°C. Эти приступы так называемого «суточного оцепенения» обычно длятся всего несколько часов.
Гибернация воплощает гармонию с природой. По большому счету, она определяется количеством и скоростью обмена энергией и информацией между внутренним и внешним миром. Среди ключевых факторов подготовки к спячке и ее наступления — нехватка пищи и света. Когда световой день сокращается, некоторые животные худеют, а другие накапливают запасы пищи, прячась от жадных конкурентов в укромных местах или создавая энергетические резервы в собственном теле. И то, и другое необходимо для экономного расходования в течение зимы. При этом нужна точность, поскольку слишком ранний выход из спячки в поисках пищи приведет к смерти от холода или голода.
Чтобы проверить, как животные справляются с потребностью в энергии, ученые разработали эксперимент «работа за еду», в котором лабораторных мышей обучали бегать в колесе, чтобы заработать кусочки пищи, по одному за раз. Животные хорошо справлялись с заданием, но только до определенного момента. Когда экспериментаторы делали задание слишком сложным, требующим слишком больших усилий, мыши принимали умное решение: вместо того чтобы работать, они впадали в состояние оцепенения. Замедление оказалось более экономичной стратегией, которая повышала их шансы на выживание.
Ученый Элси Проктор проводила исследование ежей в течение трех зим до и после Второй мировой войны. Она утверждала: «В довоенные дни кормление этих животных было менее сложным (мы использовали молоко и яйца), что позволило выяснить, задержит ли адекватное поступление свежего корма спячку». Это было до того, как выяснилось, что ежи на самом деле не переносят лактозу, и поэтому кормить их молоком не рекомендуется. Как ни странно, более упитанные животные в этом исследовании все равно смогли пережить более долгую и суровую зиму, впадая в более глубокую и продолжительную спячку. Есть теория, что существуют метаболические «часы», которые отслеживают энергетический статус организма. Они посылают сигнал, который затем интегрируется с факторами окружающей среды, температурой и светом. Когда наступает подходящий момент, программа вхождения в спячку или выхода из нее приходит в движение. Очевидно, что система очень гибкая, но это также делает ее весьма хрупкой. Адаптация, формировавшаяся на протяжении тысячелетий, отстает от быстрой трансформации Земли в результате развития новых технологий. Возможно, это лишь вопрос времени, когда некоторые виды перестанут впадать в спячку.
Прибегали ли наши предки к спячке, чтобы пережить зиму, когда на улице было холодно или запасы пищи иссякали? А может, представления о связи спячки и низкой температуры неверны? Как мы знаем, есть тропические лемуры, которые могут впадать в спячку при высоких температурах тела, что позволяет предположить, что связь с холодом — это условная и несущественная черта гораздо более широкого явления. Сейчас ученые сходятся во мнении, что животные впадают в спячку как способ пережить разные экологические бедствия. Это могут быть лесные пожары, тепловые волны, штормы и, возможно, даже природные катаклизмы космического масштаба, такие как столкновения метеоритов с Землей. Из-за резких перемен климата динозавры могли погибнуть, а мелкие млекопитающие вполне могли выжить благодаря дару впадать в спячку.
Вернемся к научной фантастике и идее человеческой гибернации. Ее применение по замыслу разных авторов было разнообразным: от путешествий во времени и защиты от неблагоприятных условий, связанных с космическими путешествиями (например, выживания при экстремальном ускорении), до экономических и практических выгод (например, уменьшения потребности в кислороде и припасах для дальних межпланетных путешествий) и более экзотических применений (например, как форма биооружия, позволяющая вовремя заморозить врага и временно вывести его из строя). Животные впадают в спячку по схожим причинам. Некоторые виды впадают в спячку до начала зимы и возвращаются «обратно» весной. Хотя они являются экспертами по зимовке, и, должно быть, делают это с начала времен, они могут даже не знать о существовании зимы. Спячка позволяет им путешествовать во времени, выходить за его пределы. Животные не теряют время, они его приобретают, и неудивительно, что все больше фактов указывает на удивительную связь между способностью впадать в спячку и продолжительностью жизни.
Нам, людям, недоступна такая роскошь. Есть ли в нашей природе что-то особенное, что не позволяет впадать в спячку? Узнаем ли мы когда-нибудь, каково это? Очевидно, что пребывание в спячке и выход из нее — это разные состояния. В повседневной жизни мы зажаты в очень узком диапазоне физиологических параметров и редко выходим в другие измерения бытия, кроме сна. При этом человек проявил удивительную изобретательность и фантазию, меняя состояния тела и сознания, например, входя в состояние глубокой медитации. Мы разработали и усовершенствовали разные способы борьбы с невзгодами: добываем огонь и электричество, строим убежища и шьем теплую одежду, легко добываем пищу и тратим огромное количество энергии, получаемой из внешних источников, чтобы сохранить собственные ограниченные запасы. Парадоксально, но, похоже, мы слишком умны и технологически развиты, чтобы впадать в спячку.
И все же возможность гибернации всегда завораживала. Упоминания о ней повсеместно встречаются в фантастическом жанре: от романа Мэри Шелли «Франкенштейн» 1818 года и пьесы 1929 года Владимира Маяковского «Клоп», до более поздних романов, таких как «Задача трех тел» Лю Цысиня 2008 года или «Гибернакулум» Энтони Дойла 2023 года.
В научной литературе есть описания хорошо задокументированных, хотя и плохо продуманных попыток вызвать гибернацию у человека. Всплеск пришелся на начало 1950-х годов и затух примерно через 10 лет. Одним из тех, кого вдохновила идея о животных в состоянии гипометаболизма был французский хирург Анри Лаборит, который искал способы помочь пациентам пережить травматический шок. Гибернационная терапия была направлена на то, чтобы вызвать глубокое торможение вегетативной нервной системы, чтобы сдержать реакцию на травму и помочь организму исцелиться. Врач У. Дж. Колфф писал об этом в 1955 году: «Искусственная гибернация призвана повторить метаболическое состояние естественной спячки животного, когда организм очень устойчив к серьезным последствиям, включая временную остановку кровообращения, и к инфекциям… Искусственная гибернация устанавливает на время ретроградную эволюцию, которая пытается копировать состояние существ, менее развитых, чем человек».
Ключевым ингредиентом «лекарственного коктейля», изобретенного Лаборитом для отключения вегетативной системы, был хлорпромазин — вещество, синтезированное французской компанией Rhône-Poulenc. Препараты этой группы изначально были разработаны для окрашивания в текстильной промышленности. В медицину они попали через гистологию, когда необходимо было окрашивать образцы тканей для визуализации их микроскопических структур. Затем лекарство стало считаться эффективным против малярийных паразитов.
Хлорпромазин — удивительно разносторонний препарат в том смысле, что он действует на уровне нейронной активности и возбуждения. Предполагалось, что этот вызывающий спячку коктейль не приведет к глубокой потере сознания, а вызовет состояние, что довольно страшно называется «фармакологической лоботомией»: сильную сонливость, покой и снижение поведенческой реакции.
У здоровых людей действие хлорпромазина было описано следующим образом: испытуемые становились сонливыми, вялыми, спокойными и апатичными. Их лица выглядели очень бледными. Впоследствии они жаловались на общее ощущение двигательной слабости, чувствовали озноб и жажду.
Колфф описывал результаты так: «Пациент, беспокойный, плаксивый и несчастный, становится спокойным после введения в спячку; он не жалуется на боль; кажется, что он спит, но он отреагирует, если вы надавите на сломанную ногу или на болезненный живот».
Искусственная гибернация была признана эффективной в тех случаях, когда пациент «не мог прийти в себя», пишет Колфф, например, когда медики наблюдали неконтролируемое ухудшение состояния, падение артериального давления, конвульсии или кому. Однако с ростом популярности искусственной гибернации ее стали использовать для лечения других, менее серьезных состояний и даже в качестве альтернативы местной анестезии при проведении некоторых процедур, таких как бронхоскопия.
Возможно, умеренная гипотермия и снижение скорости метаболизма, вызванные «фармацевтическим коктейлем», были важным, если не главным, аспектом гибернотерапии. Хорошо известно, что гипотермия может помочь справиться с кровопотерей, воспалением, гипоксией или обеспечить нейропротекцию. Однако метод искусственной гибернации просуществовал недолго. Этому есть два возможных объяснения.
В статье «Индуцированная гипотермия — это не „искусственная спячка“» (1966) врач Альфред Хендерсон напомнил: «Пока человек не сможет умело и достойно применять клиническую гипотермию, приводящую к физиологическому состоянию, имитирующему естественную спячку, он должен воздерживаться от обмана себя, профессии и обывателей, неправильно обозначая применение холода с помощью терминологии».
Кроме того, ученые обнаружили, что хлорпромазин — прекрасный нейролептик, и это открытие переключило внимание на другие, более перспективные области применения этого препарата.
За последние десятилетия наше понимание молекулярных механизмов, физиологии и нейрофизиологии сна и спячки значительно расширилось. Ученые обнаружили сети мозга и уникальные типы клеток, которые контролируют энергетический баланс организма и необходимы для терморегуляции и метаболического контроля. Используя современные методы, мы можем искусственно запускать и завершать состояние, похожее на оцепенение у небольших лабораторных животных, но многие вопросы остаются нерешенными.
Например, как связаны гибернация и сон? Недавние исследования нескольких видов, впадающих в спячку, показывают, что животные часто входят в это состояние через сон, словно сон — это ворота в состояние гибернации, первый шаг к гипометаболизму. Где заканчивается сон и начинается спячка? На этот вопрос нелегко ответить однозначно. Отношения между оцепенением и сном остаются запутанными из-за отсутствия четко сформулированных концепций в этой области.
Мы считаем, что животные в спячке пребывают в состоянии, похожем на сон, поскольку мы используем определенные критерии, такие как неподвижность, пониженный порог возбуждения и характерные мозговые волны, в то время как гибернация и оцепенение определяются на основе метаболических критериев. Возможно, сон развился из более «примитивных» гипометаболических состояний, и животное, переходящее от сна к спячке, повторяет эту эволюцию в обратном направлении? Вероятно, мы даже можем рассматривать сон как прерванную форму гибернации, возникшую, когда наши предки научились делать перерыв в нужный момент, чтобы сохранить контроль над состоянием организма, а не погружаться в оцепенение?
Примечательно, что глубокая летаргия, связанная с гибернацией, не всегда означает, что организм не реагирует на происходящее. Как известно всем исследователям на собственном опыте, ничто так не мешает спячке, как необходимость вмешиваться в процесс, например, при сборе физиологических показателей, таких как температура тела. Исследование на хомяках показывает, как легко можно прервать спячку, если взаимодействовать с животным во время первоначального, хрупкого состояния вхождения в оцепенение. Это приводит к движению, подаче звуков и быстрому повторному согреванию. Животному нужно уединение и это как раз тот случай, когда сам акт наблюдения меняет то, что наблюдается. Поэтому довольно сложно собирать данные, особенно в условиях естественной среды.
Очень мало исследований посвящено изучению мозговых волн впадающих в спячку животных, поэтому вопрос остается открытым. Исследования показывают, что при относительно высокой температуре, показатели ЭЭГ впавшего в спячку животного похожи на характерные для сна, однако при снижении температуры тела нейронная активность снижается до низкого уровня. Такое состояние у людей часто характерно для черепно-мозговой травмы или глубокой анестезии, а также при фармакологически вызванной гипотермии, когда активность мозга характеризуется так называемым «подавлением всплеска», чередованием коротких периодов высокой нейронной активности с плоской линией графика ЭЭГ. Другие примеры такого типа мозговой активности — незрелый мозг недоношенных детей, новорожденных животных, что указывает на регрессию к более примитивному, первобытному состоянию мозговых сетей. Это остается биологическим парадоксом: тело и мозг могут быть холодными во время спячки, скорость метаболизма и нейронная активность составляют лишь малую часть от их уровня во время обычного бодрствования, но при этом что-то внутри организма сохраняет способность следить за окружающей средой и с готовностью реагирует, если его потревожить. Естественно, возникает вопрос, влияет ли пребывание в таком экстремальном состоянии на работу мозга?
Одно из поразительных наблюдений, сделанных несколько десятилетий назад, заключается в том, что животные не пребывают в спячке постоянно, а «выходят из нее» через регулярные промежутки времени, от нескольких дней до нескольких недель. Впервые это продемонстрировали зоофизиолог Брайан Барнс и его коллеги, наблюдавшие за температурой тела американских сусликов, евражек (Spermophilus parryii). Исследователи обнаружили периодически возникающие заметные скачки температуры тела. Всего на несколько часов животные, находящиеся в спячке, разогреваются, что требует огромных затрат энергии, а затем снова охлаждаются. Неизвестно, почему так происходит, но было замечено, что во время этих так называемых «эвтермических пробуждений» животные переходят в обычный сон. Это наводит на провокационную мысль о том, что они разогреваются от спячки, чтобы поспать, а затем снова погружаются в спячку.
Джунгарские хомяки, которые впадают в оцепенение на сутки, после этого тоже погружаются в глубокий, интенсивный сон, похожий на состояние после депривации сна, как будто они устали от пребывания в спячке и им нужно нагнать немного настоящего сна. Почему так происходит, остается загадкой. Возможно, дело в том, что спячка приводит к какому-то метаболическому или иному дисбалансу, который требует сна для восстановления сил.
Из этого следует ряд важных вопросов, например, сохраняют ли животные, находящиеся в спячке, память после многократных переходов в состояние метаболической депрессии, связанное с разрушением синаптических сетей. Одно из исследований, проведенное на серых сусликах (Spermophilus citellus), показало, что животные помнят своих знакомых сородичей, после того как они провели много месяцев в состоянии спячки. Похоже, то, что действительно важно, защищено от забвения. Хотя это, безусловно, многообещающе с точки зрения перспективы безопасного введения в гибернацию людей для дальних космических путешествий, ученые считают, что мы сможем использовать это удивительное состояние для понимания и, возможно, лечения расстройств мозга. Возможно, однажды гибернация будет использоваться в терапевтических целях, для перезагрузки аномальных режимов мозговой активности или нарушения физиологического баланса.
Заманчиво сравнить процесс вхождения в спячку и выхода из нее с процессом умирания и возрождения. Неудивительно, что некоторые ученые используют эту метафору при описании оцепенения. Возможно, стоит вернуться к определению гибернации как состоянию между жизнью и смертью. Границы между жизнью и смертью всегда были зыбки, и близость спячки к смерти является одним из самых захватывающих ее аспектов. Дыхание и частота сердечных сокращений могут снизиться почти до нуля, тело стать холодным и жестким, а мозговая активность практически отсутствовать.
И в то же время, состояние спячки позволяет организму жить в ином измерении, в некотором роде бессмертия. Жизнь определяется тем, что организм существует, видит и чувствует мир, изменяет окружающую среду, размножается и оставляет после себя следы существования. Спячка же прямо противоположна — это отпуск, исчезновение из мира, сжатие до небытия, потеря автономии, отказ от полномочий, не сопротивление среде, а слияние с ней. Как ни парадоксально, это помогает спастись от невзгод суровой реальности, ничего не делая и стирая индивидуальные черты. Чем меньше остается от живого, сознательного организма, тем более глубоким и полным, а значит, и более эффективным, является состояние спячки.
Естественно, мы завидуем тому, что так много существ освоили и довели до совершенства навык, что до сих пор ускользает от нашего понимания. Не потому ли, что мы слишком одержимы попытками разобраться в том, что можем увидеть и измерить, вместо того чтобы заметить то, чего нет, как его существенную особенность? Наши попытки понять спячку идут вразрез с ее идеей: исчезнуть, отключиться, остановить время, стать единым целым с миром. Может быть, поэтому понимание спячки ускользает от нас?
Рассмотрим такой пример: при угрозе, некоторые животные впадают в своеобразное состояние, называемое «замиранием», которое представляет собой экстренный вариант реакции «бей-беги», когда бороться бессмысленно, а бежать некуда. Животное «сбегает» в иное измерение жизни, а не просто перестает двигаться. Его физиология замедляется, делая животное менее заметным. Многие живые организмы используют стратегию мимикрии, превращаясь в кого-то другого. Например, чтобы обмануть врагов, они притворяются большими или более опасными, чем на самом деле.
Другая форма мимикрии — притворяться, что вас вообще нет, или играть в мертвеца, как в случае с оцепенением. Можно ли понимать спячку как сложную и довольно экстремальную форму мимикрии — состояние, когда организм не просто притворяется мертвым, а претерпевает глубокую трансформацию, стирая границу между жизнью и смертью, чтобы выжить? Необходимо лучше понять биологический смысл спячки и ее связь с другими состояниями, прежде чем мы сможем добиться ощутимого прогресса в искусственном вызывании гибернации у людей. А что, если в глубине души люди всегда умели впадать в спячку, и когда наступят подходящие условия, когда альтернативные способы продолжения жизни станут немыслимы, мы сможем вернуть к жизни эту забытую память предков и впасть в спячку по-своему, по-человечески?
Сообщение Временное бессмертие: научится ли человек впадать в спячку появились сначала на Идеономика – Умные о главном.