Η επίμονη επιβίωση των σκίουρων στην χειμερία νάρκη

Για έξι έως οκτώ μήνες κάθε χρόνο, οι επίγειοι σκίουροι με δεκατρείς γραμμές δεν αφήνουν τα μικρά, υπόγεια κρησφύγετα τους. Κάτω από τα λιβάδια της Βόρειας Αμερικής, περιμένουν την κρύα εποχή σε χειμερία νάρκη, χωρίς κανένα απόθεμα τροφής ή πηγή νερού. Δεν τρώνε ούτε πίνουν για όλη τη διάρκεια. Σιγά-σιγά, οι επιστήμονες ξετυλίγουν το μυστήριο του πώς και γιατί.

Συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου που εμπλέκονται στην πυροδότηση της δίψας καταστέλλονται έντονα στους επίγειους σκίουρους σε χειμερία νάρκη, ακόμη και κατά τις ενδιάμεσες περιόδους όπου τα τρωκτικά εμφανίζονται ενεργά, σύμφωνα με μια μελέτη δημοσιεύθηκε στις 28 Νοεμβρίου στο περιοδικό Επιστήμη. Σε συνδυασμό με προηγούμενα ευρήματα από την ίδια εργαστηριακή ομάδα, η νέα έρευνα δίνει σαφήνεια σε μια στρατηγική ακραίων θηλαστικών για παραμονή υπόγεια για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, σκεφτόμαστε τη δίψα ως βασική προσαρμογή για επιβίωση. Εμείς (και όλα τα θηλαστικά) χρειαζόμαστε νερό για την κυκλοφορία, την κυτταρική λειτουργία, την απομάκρυνση των απορριμμάτων, τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος και πολλά άλλα. Όταν η συγκέντρωση των ιόντων στο αίμα σας φτάνει σε ένα κρίσιμο σημείο, όταν ο όγκος του αίματός σας είναι πολύ χαμηλός ή όταν τα νεφρά σας αρχίζουν να αγχώνονται, οι ορμόνες και άλλα σήματα προκαλούν το Brian σας να αισθάνεται δίψα. Πίνετε νερό και η ισορροπία αποκαθίσταται.

Αλλά για έναν σκίουρο με καφέ γούνα που προσπαθεί να ζήσει σε μια λευκή χειμερινή χώρα των θαυμάτων, η παρόρμηση να αφήσει το άντρο και να αναζητήσει νερό θα μπορούσε εύκολα να είναι μια θανατική ποινή. «Θα αύξανε τον κίνδυνο θήρευσης», λέει Έλενα Γκράτσεβαανώτερος συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής κυτταρικής και μοριακής φυσιολογίας και νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο Yale. Υπάρχει το κρύο, φυσικά, που από μόνο του αποτελεί απειλή. Ωστόσο, τα πεινασμένα αρπακτικά που περιφέρονται στον επιφανειακό κόσμο θα αποτελούσαν πιθανότατα αυτόν τον μεγαλύτερο κίνδυνο και φροντίστε να ξεκολλήσετε τυχόν επίγειους σκίουρους που έκαναν το λάθος να βγουν από τη φωλιά κατά τους αδύνατους, χειμερινούς μήνες, όταν το θήραμα είναι σπάνιο και δεν υπάρχει πουθενά να κρυφτεί. «Δεν ξέρουμε σίγουρα», σημειώνει η Gracheva, «αλλά αυτή είναι μια λογική εξήγηση στην οποία καταλήξαμε».

Έτσι, η εξάλειψη της δίψας γίνεται ένας αντιδιαισθητικός τρόπος για να παραμείνετε ζωντανοί, ακόμη και όταν οι σκίουροι μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν απεγνωσμένα ένα ποτό.

Προηγούμενη έρευνα από τον Gracheva και τους συνεργάτες του διαπίστωσε ότι οι σκίουροι σε χειμερία νάρκη διατηρούν τις συγκεντρώσεις ιόντων στο αίμα τους όπως το αλάτι σε σταθερά επίπεδα, περίπου ίσα με εκείνα των ενεργών σκίουρων. με σοβαρή εξοικονόμηση νερού και δέσμευση ιόντων σε άλλα σημεία του σώματος. Ορμόνες όπως η ωκυτοκίνη και η βαζοπρεσίνη επιτρέπουν την αποθήκευση νερού και δρουν ως αντιδιουρητικά, αναστέλλοντας την ούρηση. Η περιοχή του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνη για την παραγωγή αυτών των ορμονών παραμένει ιδιαίτερα ενεργή κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης, παρά τη χαμηλή θερμοκρασία σώματος των σκίουρων.

Ωστόσο, αυτός ο φυσιολογικός μηχανισμός δεν είναι αρκετός για να εξηγήσει πλήρως την έλλειψη δίψας. Άλλα σήματα που πυροδοτούν τη δίψα, όπως οι ορμόνες που σχετίζονται με το στρες των νεφρών και ο χαμηλός όγκος αίματος εξακολουθούν να κυκλοφορούν σε όλο το σώμα των θηλαστικών, τα οποία, με όλα τα τυπικά μέτρα, θα πρέπει να φωνάζουν για υγρά. Ωστόσο, ακόμη και όταν είναι ενεργοί κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκη και προσφέρουν νερό, οι σκίουροι το αποφεύγουν, σύμφωνα με τη νέα έρευνα.

Πρώτα, μια εξήγηση: Η αδρανοποίηση δεν είναι ύπνος – είναι κάτι εντελώς άλλο. Για εβδομάδες κάθε φορά, οι επίγειοι σκίουροι σε χειμερία νάρκη μειώνουν σημαντικά τον μεταβολικό ρυθμό τους και σχεδόν παγώνουν. Η θερμοκρασία του σώματός τους πέφτει κατακόρυφα μεταξύ 2 και 4 βαθμών Κελσίου (35,6 και 39,2 Φαρενάιτ) και υπάρχουν σε ένα είδος φυσιολογικού κενού που ονομάζεται torpor. Κατά τη διάρκεια των μηνών χειμερίας νάρκη, αυτές οι περίοδοι ταραχής των 2-3 εβδομάδων διανθίζονται με περιόδους διέγερσης μιας ή δύο ημερών. Ξαφνικά, οι σκίουροι εμφανίζονται ενεργοί, η θερμοκρασία του σώματός τους αυξάνεται ξανά στο φυσιολογικό. Αλλά και πάλι, δεν φεύγουν από το λαγούμι και δεν τρώνε και δεν πίνουν. Αυτές οι ενεργές περίοδοι πιστεύεται ότι είναι σημαντικές, εν μέρει, έτσι ώστε οι σκίουροι σε χειμερία νάρκη στην πραγματικότητα κουτί κοιμούνται, καθαρίζουν τα απόβλητα και διατηρούν την οξυγόνωση του καρδιαγγειακού τους συστήματος, λέει η Gracheva.

[ Related: Are any animals truly ‘immortal’? These creatures defy biological time. ]

Για να προσδιορίσουν γιατί οι σκίουροι δεν βιώνουν τη δίψα ή δεν αναζητούν νερό κατά τη διάρκεια αυτών των περιόδων διέγερσης, η Gracheva και οι συν-ερευνητές της διεξήγαγαν μια σειρά από πειράματα συμπεριφοράς και μοριακά. Πρώτον, πρόσφεραν στους σκίουρους σε χειμερία νάρκη νερό ή αλατούχο διάλυμα κατά τη διάρκεια περιόδων διέγερσης στη μέση του χειμερινού ύπνου. Διαπίστωσαν ότι οι σκίουροι ενδιαφέρθηκαν για το συμπυκνωμένο διάλυμα αλατιού, αλλά όχι για το νερό. Αυτό έδειξε ότι τα ζώα βίωναν κάποια εσωτερικά σήματα της στερημένης κατάστασής τους και δυνητικά λαχταρούσαν αλάτι ως τρόπο να αυξήσουν τον όγκο του αίματός τους χωρίς να αραιώσουν τα επίπεδα ιόντων. «Είναι η ίδια αρχή με το Gatorade», λέει Μαντλίν Τζούνκινςεπικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και ερευνητής νευροβιολογίας στο Yale. Εάν είστε σοβαρά αφυδατωμένοι, δεν θέλετε να πίνετε καθαρό νερό, καθώς αυτό μπορεί να αραιώσει σημαντικά ιόντα στο σώμα σας κάτω από τα ασφαλή επίπεδα.

Ωστόσο, σε αντίθεση με έναν άνθρωπο αθλητή, τα θηλαστικά σε χειμερία νάρκη που έπιναν τον σκίουρο τους «Gatorade» δεν φαινόταν επίσης να λαχταρούν νερό. «Γνωρίζουμε ότι η όρεξη για νάτριο και η δίψα συμβαίνουν σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου, και έτσι προβλέψαμε ότι ίσως αυτή η καταστολή της δίψας να σχετίζεται με μειωμένη δραστηριότητα νευρώνων σε [certain] περιοχές του εγκεφάλου», εξηγεί ο Junkins.

Για να διερευνήσει περαιτέρω αυτή την ιδέα, αυτή και οι συνάδελφοί της εξέτασαν τους εγκεφάλους του σκίουρου πιο προσεκτικά, εξετάζοντας την έκφραση πρωτεΐνης, τη δραστηριότητα των νευρώνων και την απόκριση μεμονωμένων νευρώνων σε ορισμένες ορμόνες που προκαλούν δίψα σε μια χούφτα σκίουρους σε πολλαπλά τεστ. Βρήκαν ότι, μόνοι τους σε ένα τρυβλίο Petri, οι νευρώνες από το τμήμα του εγκεφάλου που προκαλεί δίψα εξακολουθούσαν να φωτίζονται ως απόκριση στις σχετικές ορμόνες (αν και όχι σε κάποια άλλα σήματα). Υπήρχαν διαφορές στις ηλεκτρικές ιδιότητες του νευρώνα, αλλά όχι στην απόκρισή τους στις ορμόνες της δίψας. Αν αξιολογηθεί στο πλαίσιο ολόκληρου του εγκεφάλου, η δραστηριότητα των νευρώνων καταστέλλεται. Υποδηλώνει ότι οι ίδιοι οι νευρώνες παραμένουν ικανοί να αντιδρούν στα σημάδια δίψας κατά τη διάρκεια της αδρανοποίησης, αλλά κάτι συμβαίνει συνεχώς στον εγκέφαλο για να μειώσει την απόκρισή τους. Πιθανότατα, προτείνει ο Junkins, η ανασταλτική σηματοδότηση παίζει ρόλο. Για να διερευνήσει περαιτέρω αυτή την ιδέα, αυτή και οι συνάδελφοί της εξέτασαν τους εγκεφάλους του σκίουρου πιο προσεκτικά, εξετάζοντας την έκφραση πρωτεΐνης, τη δραστηριότητα των νευρώνων και την απόκριση μεμονωμένων νευρώνων σε ορισμένες ορμόνες που προκαλούν δίψα σε μια χούφτα σκίουρους σε πολλαπλά τεστ. Βρήκαν ότι, μόνοι τους σε ένα τρυβλίο Petri, οι νευρώνες από το τμήμα του εγκεφάλου που προκαλεί δίψα εξακολουθούσαν να φωτίζονται ως απόκριση στις σχετικές ορμόνες (αν και όχι σε κάποια άλλα σήματα). Όμως, αξιολογούμενη στο πλαίσιο ολόκληρου του εγκεφάλου, η δραστηριότητα των νευρώνων καταστέλλεται. Υποδηλώνει ότι οι ίδιοι οι νευρώνες της δίψας είναι σχετικά αμετάβλητοι κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης και κάτι συμβαίνει συνεχώς μέσα στον εγκέφαλο για να μειώσει την απόκρισή τους σε ενώσεις και συνθήματα που προκαλούν δίψα. Πιθανότατα, προτείνει ο Junkins, η ανασταλτική σηματοδότηση παίζει ρόλο.

Ωστόσο, παραμένουν πολλά ερωτήματα. Οι επίγειοι σκίουροι δεν είναι καλά μελετημένοι, πρότυποι οργανισμοί. Και έτσι τα γονιδιώματα και οι νευρώνες τους δεν είναι καλά χαρτογραφημένα. Οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να κάνουν δοκιμές όπως η ενεργοποίηση ή η αναστολή μεμονωμένων νευρώνων για να δουν πώς αυτό θα μπορούσε να αλλάξει τη συμπεριφορά, κάτι που θα ήταν δυνατό σε ένα υποκείμενο δοκιμής όπως ένα ποντίκι ή ένας αρουραίος, σημειώνει η Gracheva. «Δουλεύουμε πάνω σε αυτό, και νομίζω ότι σε δύο ή τρία χρόνια, θα είμαστε σε θέση να χρησιμοποιήσουμε παρόμοια εργαλεία», λέει – αλλά προς το παρόν, είναι ακόμα στο σκοτάδι σχετικά με τις ιδιαιτερότητες της περιοχής του εγκεφάλου τους. εγκαταστάθηκα.

Επιπλέον, η αδρανοποίηση είναι ελάχιστα κατανοητή σε μοριακό και κυτταρικό επίπεδο. Έχουν γίνει πολλές έρευνες συμπεριφοράς, αλλά υπάρχει λίγη δουλειά για την εξέταση των λεπτομερών εσωτερικών λειτουργιών των θηλαστικών σε χειμερία νάρκη –ειδικά τη διαχείριση του νερού. «Νομίζω ότι είμαστε οι πρώτοι που κοιτάμε πραγματικά [thirst during hibernation] από φυσιολογική άποψη», λέει η Gracheva. Η ίδια και οι συν-ερευνητές της σπουδάζουν επίσης συνθήματα πείνας και άλλες πτυχές της στρατηγικής ακραίας χειμερινής επιβίωσης του επίγειου σκίουρου – όπως το πώς τα ζώα ξέρουν πότε είναι ώρα να χειμωνιάσουν χωρίς φως και η θερμοκρασία λέει.

[ Related: Why do birds migrate? Scientists have a few major theories. ]

Κάνοντας αυτό, φαντάζεται ότι η έρευνα μπορεί μια μέρα να οδηγήσει σε μια λιτανεία από ευεργετικές ανακαλύψεις.

«Είμαστε ένα εργαστήριο που βασίζεται στην περιέργεια», λέει η Gracheva. Δεν εργάζονται απευθείας σε κλινικές εφαρμογές και η χαρά της κατανόησης της ζωικής βιολογίας είναι από μόνη της αρκετό κίνητρο. «Αισθάνομαι με πολύ πάθος ότι κάθε ζώο είναι εκπληκτικό και έχει κάτι να μας διδάξει. Υπάρχουν τόσοι πολλοί διαφορετικοί τρόποι επιβίωσης στον κόσμο και τόσες πολλές διαφορετικές στρατηγικές που είναι συναρπαστικές», λέει ο Junkins.

Ωστόσο, η μελέτη της αδρανοποίησης έχει ευρείες πιθανές εφαρμογές, αν μπορούμε να καταλάβουμε πώς να εφαρμόσουμε τα μαθήματα από τους σκίουρους στον εαυτό μας. Θα μπορούσε να βελτιώσει τις χειρουργικές επεμβάσεις μεταμόσχευσης ή ανοιχτής καρδιάς, οι οποίες βασίζονται σε προσωρινή, προκαλούμενη υποθερμία στους ασθενείς, σημειώνει η Gracheva. Γενικά, τέτοιες διαδικασίες είναι περιορισμένες χρονικά και πιθανότητες, επειδή οι άνθρωποι μπορούν να παραμείνουν με ασφάλεια σε υποθερμική κατάσταση μόνο για σύντομες περιόδους. «Αν μπορέσουμε να επεκτείνουμε αυτό το παράθυρο από δύο σε πέντε ώρες, θα μπορούσε να βοηθήσει να σωθούν πολλές ζωές», εξηγεί. «Όντας σε μια ιατρική σχολή, ακούω αυτό το ενδιαφέρον για την έρευνά μας από πραγματικούς γιατρούς».

Μπορεί επίσης να αποκαλύψει κυτταρικούς ή μοριακούς στόχους για φάρμακα για τη θεραπεία της ανορεξίας, προτείνει η Gracheva – καθώς προσδιορίζουν συγκεκριμένες οδούς για την καταστολή και την ενεργοποίηση της πείνας και της δίψας. Και μπορεί ακόμη και να μας βοηθήσει να ωθούμε στο βαθύ διάστημα.

Τα διαστημικά ταξίδια μεγάλων αποστάσεων, στον Άρη και πέρα, περιπλέκονται από το πόση ποσότητα χρειάζεται να καταναλώσουν οι άνθρωποι για να παραμείνουν ζωντανοί. Εάν μπορούσαμε να ελέγξουμε καλύτερα τους δικούς μας μεταβολισμούς και να μάθουμε τα μυστικά της εξάλειψης των δυσάρεστων ορμών σε μια κατάσταση μερικής αδρανοποίησης, η διαστημική πτήση θα μπορούσε να μας μεταφέρει πιο μακριά. «Αυτό είναι ένα πολύ καυτό θέμα για τη NASA», λέει. Από μικρά λαγούμια σκίουρων, μέχρι το απέραντο σύμπαν, η επιστήμη χτίζει απροσδόκητες γέφυρες.

ΔΕΙΤΕ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟΥΣ ΟΔΗΓΟΥΣ ΔΩΡΩΝ

Ψώνια για κανέναν; Οι καλύτερες προτάσεις μας για δώρο γενεθλίων και διακοπών σημαίνει ότι δεν θα χρειαστεί ποτέ να αγοράσετε άλλη δωροκάρτα.