Некоторые животные, такие как мыши и птицы, способны понижать температуру своего тела и снижать обмен веществ, чтобы сохранить энергию, постепенно перейдя в состояние сна, называемое анабиозом.
Теперь ученым удалось определить клетки мозга, которые вызывают это состояние. Они показали, что могут активировать это состояние по требованию. Команда ученых смогла вызвать анабиоз у крыс, которые обычно никогда не впадают в такое состояние. Появилось предположение, что такое состояние «приостановки жизнедеятельности» может в конечном итоге быть возможным у людей.
Исследовательские группы в США и Японии, независимо друг от друга, обнаружили популяцию нейронов в области гипоталамуса у мышей, которые вызывают низкую температуру тела, пониженный метаболизм и общее бездействие, характерные для гибернации (спячки) и анабиоза (биопаузы).
Эти состояния развивались у животных как стратегия выживания во времена нехватки пищи. Они позволяют им «проспать» холодные ночи или даже целые зимы, не тратя слишком много энергии на поддержание оптимальной температуры тела.
Гибернация и анабиоз имеют ряд особенностей. Оба включают значительные, но регулируемые, понижения температуры тела, обмена веществ, частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и активности, и оба считаются способами сохранения энергии. Хотя спячка длится неделями или месяцами, анабиоз может случаться ежедневно и длится несколько часов.
Почему некоторые млекопитающие, такие как медведи и некоторые приматы и грызуны, способны вступать в период биопаузы, в то время как другие этого не умеют, неизвестно. Но разнообразие видов животных, которые могут впадать в анабиоз предполагает, что биологические механизмы, контролирующие такие состояния, также могут быть сохранены у не зимующих видов.
Ученые давно задумывались над идеей вызвать у людей состояние анабиоза, чтобы уменьшить ресурсы и пространство, необходимые для долгих путешествий в космос и для сохранения тканей органов у пациентов, например, с тяжелыми травмами. Прежде чем рассматривать такие фантастические идеи, необходимо выяснить, как работает этот спящий режим. Теперь исследователи из Гарварда и Цукубского национального технологического университета, возможно, добились прогресса в этом направлении.
Ученые обратились к лабораторным мышам, потому что, когда эти животные лишаются пищи в течение 10 часов или около того и содержатся при низких температурах, они переходят в состояние анабиоза. Команда начала с изучения того, как мыши регулируют температуру своего тела во время состояния биопаузы.
Они определили, что за этим биологическим изменением стоит набор нейронов в гипоталамусе, и назвали их нейронами, вызывающими неподвижность (от слова quiescence, Q-нейроны). Гипоталамус — это область мозга, которая контролирует, среди прочего, питание, температуру тела и сон.
Затем исследователи проверили, можно ли управлять этими нейронами. Они обнаружили, что они могут быть активированы по требованию с помощью световых сигналов (оптогенетика) или химических молекул (хемогенетика), и при этом могут вызвать состояние анабиоза у мышей, которое длилось более 48 часов. Это вдвое больше, чем естественное состояние анабиоза у мышей.
Противоположный опыт также доказал верность этой теории. Когда исследователи блокировали активность Q-нейронов, мыши не могли войти в состояние биопаузы.
Команда проверила, что продолжительный сон не нанес вред мышам. После того, как они проснулись, ученые не наблюдали никаких изменений в их поведении и никаких повреждений тканей или органов. Но мыши являются млекопитающими, которые естественным образом впадают в это состояние. Реальный тест состоял в том, чтобы проверить, можно ли вызвать это состояние у животных, которые обычно этого не делают. Для этого исследователи стимулировали те же нейроны у крыс. В итоге, они также вошли в состояние, подобное зимней спячке.
Исследователи говорят, что это открытие предполагает, что цепи Q-нейронов сохраняются у целого ряда млекопитающих, даже тех, которые естественным образом не впадают в спячку или анабиоз. В их число могут входить и люди — хотя пока неизвестно, есть ли они у нас, не говоря уже о том, могут ли они быть активированы таким же образом.
Тем не менее, если это окажется возможным, исследователи говорят, что создание такого рода приостановленной жизнедеятельности может быть полезно для длительных космических путешествий, сохранения органов для трансплантации и для минимизации повреждения тканей после таких событий, как сердечные приступы.