Hibernacja wiewiórki i ich wkład w podróże kosmiczne

Hibernacja jest jedną z tych zdolności zwierząt, które najbardziej fascynują ludzi, i to nie tylko dlatego, że potrafią one spędzić miesiące śpiąc. W rzeczywistości ostatnie odkrycia dotyczące hibernacji wiewiórek sugerują ważne zastosowania w dziedzinie podróży kosmicznych.

Ponieważ ten proces “wyłączania” pełni kluczowe funkcje w przetrwaniu i zawiera złożone procesy, poniżej przedstawiamy jego opis. Dowiesz się też, dlaczego pytanie “co wiewiórki mają wspólnego z lotem w kosmos? Zaczynajmy.

Jak to możliwe, że zwierzęta śpią miesiącami?

Kiedy badamy hibernację zwierząt, najbardziej zaskakujące nie jest to, że śpią miesiącami. W rzeczywistości to, co najbardziej fascynuje naukowców, to fakt, że okres ten nie ma żadnego śmiertelnego wpływu na organizm zwierzęcia. Nawet jeśli obudzi się wychudzony i głodny, nie cierpi z powodu niedożywienia, nie traci masy mięśniowej i innych cudów.

Hibernacja jest w rzeczywistości mechanizmem obronnym pozwalającym przetrwać okresy, kiedy warunki klimatyczne stają się ekstremalne, bez konieczności migracji. To nie jest dobrowolne i nie polega na spaniu, to reakcja na warunki zewnętrzne, która składa się z dwóch głównych faz.

W pierwszej fazie zwierzę jest przekarmiane, żeby nabrać masy mięśniowej i tłuszczu. Kiedy już zapadną w stan nieprzytomności, w ciele zwierzęcia zachodzi kilka zmian:

• Zmniejszone tętno: serce hibernującego niedźwiedzia może bić 5 razy na minutę, nie powodując śmierci.
• Zmniejszona przemiana materii: z powodu zmniejszenia częstotliwości uderzeń serca zmniejsza się zapotrzebowanie organizmu na tlen, aby dostosować się do ciała i nie odczuwać dolegliwości.
• Przemiana mocznika w formy azotowe: mocznik zatruwa organizm, jeśli nie jest usuwany z moczem, ale zwierzęta nie budzą się z hibernacji, aby oddawać mocz i kał. Ten recykling mocznika zapobiega zatruciu, a jednocześnie pozwala na wytworzenie substancji przydatnych do przeżycia, takich jak białka.
• Zmniejszona degradacja białek mięśniowych: kiedy zwierzęta budzą się z hibernacji, dzięki temu procesowi nie tracą zbyt wiele masy mięśniowej w wyniku braku aktywności.
• Tworzenie i odnawianie komórek kostnych jest wzmożone, co chroni kości przed osteoporozą i innymi patologiami wynikającymi z braku aktywności i spowolnionego metabolizmu.
• Obniżenie temperatury ciała: Wierzcie lub nie, ale temperatura ciała zwierzęcia nie spada zbytnio, zaledwie o kilka stopni. Pozostaje to zagadką dla nauki.

Jak wygląda hibernacja u wiewiórek?

Wiele gatunków hibernuje i każdy z nich ma swoje własne cechy charakterystyczne w tym procesie. W przypadku afrowiórek (rodzaj Spermophilus) jedno z badań wykazało, że kluczem do ich utrzymania przez miesiące letargu był mikrobiom jelitowy.

Pomimo reaktywacji po kilku miesiącach, masa mięśniowa i funkcje wiewiórek pozostają nienaruszone.

Ta zagadka przywodzi na myśl teorię sformułowaną w latach 80-tych i opisaną w jednym z punktów na powyższej liście, ratowania wodoru z mocznika. Jak już wspomniano, mocznik zatruwa organizm, jeśli nie jest usuwany, więc ciało hibernującego zwierzęcia wykorzystuje go do utrzymania mięśni.

Autorzy badania stwierdzili, że mocznik wędruje z krwi do jelita, gdzie flora jelitowa wiewiórki rozkłada go na azot i węgiel. Azot mocznikowy jest cząsteczką biorącą udział w budowaniu tkanki mięśniowej podczas hibernacji, dlatego prawie nie dochodzi do utraty masy.

Jak to się ma do podróży kosmicznych?

To odkrycie jest przełomowe i otwiera wiele możliwości zastosowania w nauce .Skoro biome organizmu potrafi wytwarzać azot, by utrzymać mięśnie w zdrowiu w ekstremalnych warunkach, to może to być znaczący postęp w leczeniu dystrofii, zarówno u ludzi, jak i u innych zwierząt.

Mikroby żyjące w ludzkich jelitach również potrafią odzyskiwać azot z mocznika, ale nie w takim stopniu, jak te zwierzęta.

Z drugiej strony astronauci często tracą dużą ilość masy mięśniowej podczas podróży kosmicznych.

Dzieje się tak dlatego, że w warunkach długotrwałej mikrograwitacji spada synteza białek. Jest to jednak problem, który można by rozwiązać, gdyby mikrobiota jelitowa została wzbogacona o recykling mocznika.

Czy wyobrażałeś sobie, że wiedza o wiewiórkach może otworzyć drzwi do tak wielu użytecznych dla ludzi dróg? Nie chodzi o utratę mięśni u astronautów, ale o poprawę jakości życia wielu ludzi. Od zaniku mięśni związanego z wiekiem po choroby takie jak sarkopenia, to odkrycie jest bardzo obiecujące.