Когато едно питие може да означава смърт, важно е да избегнете желанието.
Земна катерица с тринадесет линии в трева, Държавен парк Лиланау, Мичиган.
Кредит: Джим Маккинли чрез Getty Images
В продължение на шест до осем месеца всяка година земните катерици с тринадесет линии не напускат малките си подземни леговища. Под тревните площи на Северна Америка те изчакват студения сезон в зимен сън, без никакви запаси от храна или източник на вода. Те не ядат и не пият през цялото време. Бавно учените разкриват мистерията как и защо.
Специфични области на мозъка, участващи в предизвикването на жажда, са силно потиснати при зимуващи земни катерици, дори през междинните периоди, когато гризачите изглеждат активни, според проучване, публикувано в списание Science. В комбинация с предишни констатации от същата лабораторна група, новото изследване дава яснота относно екстремната стратегия на бозайниците за оставане под земята толкова дълго.
Земна катерица с тринадесет линии. С любезното съдействие на Gracheva lab.
В повечето случаи мислим за жаждата като за ключова адаптация за оцеляване. Ние (и всички бозайници) се нуждаем от вода за циркулация, клетъчна функция, отстраняване на отпадъци, регулиране на телесната температура и много други. Когато концентрацията на йони в кръвта ви достигне критична точка, когато обемът на кръвта ви стане твърде нисък или когато бъбреците ви започнат да се натоварват, хормоните и други сигнали карат вашия мозък да почувства жажда. Пиете вода и балансът се възстановява.
Но за катерица с кафява козина, която се опитва да преживее бялата зимна страна на чудесата, импулсът да напусне бърлогата и да потърси вода може лесно да бъде смъртна присъда. „Това би увеличило риска от хищничество“, казва Елена Грачева, старши автор на изследването и професор по клетъчна и молекулярна физиология и неврология в Йейлския университет. Има и студ, разбира се, който сам по себе си е заплаха. И все пак гладните хищници, обикалящи повърхностния свят, вероятно биха представлявали този най-голям риск и не забравяйте да вземете всички земни катерици, които са направили грешката да излязат от гнездото през слабите зимни месеци, когато плячката е оскъдна и няма къде да се скриете. „Не знаем със сигурност“, отбелязва Грачева, „но това е логично обяснение, до което стигнахме.“
Предишно изследване на Грачева и колеги установи, че хиберниращите катерици поддържат кръвните си концентрации на йони като сол на постоянни нива, приблизително равни на тези на активните катерици, като сериозно пестят вода и отделят йони другаде в тялото. Хормони като окситоцин и вазопресин позволяват съхранение на вода и действат като антидиуретици, като потискат уринирането. Мозъчната област, отговорна за производството на тези хормони, остава силно активна по време на зимен сън, въпреки ниската телесна температура на катериците.
И все пак този физиологичен механизъм не е достатъчен, за да обясни напълно липсата на жажда. Други сигнали, които предизвикват жажда, като хормони, свързани с бъбречния стрес и ниския обем на кръвта, все още циркулират в телата на бозайниците, които според всички стандартни мерки трябва да викат за течности. Въпреки това, дори когато са активни по време на зимен сън и им е предлагана вода, катериците я избягват, според новото изследване.
По този начин премахването на жаждата се превръща в контраинтуитивен начин да останете живи, дори когато катериците отчаяно биха могли да използват напитка.
Първо, малко обяснение: Хибернацията не е сън – това е нещо съвсем друго. Седмици наред земните катерици в хибернация значително намаляват скоростта на метаболизма си и почти замръзват. Тяхната телесна температура пада до между 2 и 4 градуса по Целзий (35,6 и 39,2 по Фаренхайт) и те съществуват в нещо като физиологична неопределеност, наречена торпор. През месеците на хибернация, тези 2-3 седмични периоди на вцепенение се редуват с един или два дни пристъпи на възбуда. Изведнъж катериците изглеждат активни, телесната им температура се повишава до нормалната. Но въпреки това те не напускат дупката и не ядат и не пият. Смята се, че тези активни периоди са важни отчасти, за да могат хиберниращите катерици действително да спят, да изчистят отпадъците и да поддържат оксигенацията на сърдечно-съдовата си система, казва Грачева.
За да определят защо катериците не изпитват жажда или не търсят вода по време на тези пристъпи на възбуда, Грачева и нейните съ-изследователи проведоха набор от поведенчески и молекулярни експерименти. Първо, те предложиха на зимуващи катерици вода или физиологичен разтвор по време на периоди на събуждане в средата на зимния сън. Те установиха, че катериците се интересуват от концентрирания солен разтвор, но не и от водата. Това показва, че животните са изпитвали някои вътрешни сигнали за своето лишено състояние и потенциално са жадували за сол като начин да увеличат кръвния си обем, без да разреждат нивата на йони. „Това е същият принцип като Gatorade“, казва Мадлин Джункинс, водещ автор на изследването и изследовател по невробиология в Йейл. Ако сте силно дехидратирани, не искате да пиете обикновена вода, тъй като това може да разреди критичните йони в тялото ви под безопасните нива.
Земна катерица с тринадесет линии. С любезното съдействие на лаборатория Грачева.
И все пак, за разлика от човешкия атлет, бозайниците в зимен сън, които изпиват своята катерица „Gatorade“, изглежда също не жадуват за вода. „Ние знаем, че натриевият апетит и жаждата се случват в различни части на мозъка и затова прогнозирахме, че може би това потискане на жаждата ще бъде свързано с намалена невронна активност в [определени] области на мозъка“, обяснява Джункинс.
За да проучат по-нататък тази идея, тя и нейните колеги изследваха по-внимателно мозъците на катериците, разглеждайки експресията на протеини, активността на невроните и отговора на изолираните неврони към определени предизвикващи жажда хормони в шепа катерици при множество тестове. Те откриха, че сами по себе си в паничка на Петри, невроните от предизвикващата жажда част от мозъка все още светват в отговор на съответните хормони (но не и някои други сигнали). Имаше разлики в електрическите свойства на невроните, но не и в реакцията им към хормоните на жаждата. И оценена в контекста на целия мозък, активността на невроните е потисната. Това предполага, че самите неврони остават способни да реагират на сигнали за жажда по време на хибернация, но нещо непрекъснато се случва в мозъка, за да намали реакцията им. Вероятно, предполага Джункинс, инхибиторното сигнализиране играе роля.
Все пак остават много въпроси. Земните катерици не са добре проучени, моделни организми. И така техните геноми и неврони не са добре картографирани. Изследователите не са успели да направят тестове като активиране или инхибиране на отделни неврони, за да видят как това може да промени поведението, което би било възможно при тестов субект като мишка или плъх, отбелязва Грачева. „Работим върху това и мисля, че след две или три години ще можем да използваме подобни инструменти“, казва тя, но засега те все още са на тъмно относно спецификата на мозъчния регион, към който са се ориентирали.
Освен това хибернацията е слабо разбрана на молекулярно и клетъчно ниво. Направени са много поведенчески изследвания, но има малко работа за изследване на подробните вътрешни функции на зимуващи бозайници - особено управлението на водата. „Мисля, че ние сме първите, които действително разглеждат [жаждата по време на зимен сън] от физиологична гледна точка“, казва Грачева. Тя и нейните съизследователи също изучават признаци на глад и други аспекти на екстремната стратегия за оцеляване през зимата на земната катерица – като например как животните знаят кога е време да заспят зимен сън без светлина и температура.
Правейки това, тя си представя, че изследването може един ден да доведе до литания от полезни открития.
„Ние сме лаборатория, базирана на любопитство“, казва Грачева. Те не работят директно върху никакви клинични приложения и радостта от разбирането на биологията на животните е достатъчна мотивация сама по себе си. "Чувствам се много пристрастена , че всяко животно е невероятно и има на какво да ни научи. Има толкова много различни начини за оцеляване в света и толкова много различни стратегии, които са очарователни", казва Джункинс.
Изучаването на хибернация обаче има широкообхватни потенциални приложения, ако можем да разберем как да приложим уроците от катериците към себе си. Той би могъл да подобри трансплантациите или операциите на открито сърце, които разчитат на временна, предизвикана хипотермия при пациентите, отбелязва Грачева. Като цяло такива процедури са ограничени във времето и възможностите, тъй като хората могат безопасно да останат в състояние на хипотермия само за кратки пристъпи. „Ако можем да разширим този прозорец от два на пет часа, това може да помогне за спасяването на много животи“, обяснява тя. „Тъй като съм в медицинско училище, чувам този интерес към нашите изследвания от истински лекари.“
Той може също така да разкрие клетъчни или молекулярни цели за лекарства за лечение на анорексия, предполага Грачева - тъй като те идентифицират специфични пътища за потискане и активиране на глада и жаждата. И може дори да ни помогне да отидем в дълбокия космос.
Космическите пътувания на дълги разстояния, до Марс и отвъд, се усложняват от това колко много трябва да консумират хората, за да останат живи. Ако можехме да контролираме по-добре собствения си метаболизъм и да научим тайните за елиминиране на неудобните желания в частично състояние на хибернация, космическият полет може да ни отведе по-далеч. „Това е много гореща тема за НАСА“, казва тя. От малки дупки на катерици до необятната вселена науката изгражда неочаквани мостове.
Източник за статията
В продължение на шест до осем месеца всяка година земните катерици с тринадесет линии не напускат малките си подземни леговища. Под тревните площи на Северна Америка те изчакват студения сезон в зимен сън, без никакви запаси от храна или източник на вода. Те не ядат и не пият през цялото време. Бавно учените разкриват мистерията как и защо.
Специфични области на мозъка, участващи в предизвикването на жажда, са силно потиснати при зимуващи земни катерици, дори през междинните периоди, когато гризачите изглеждат активни, според проучване, публикувано в списание Science. В комбинация с предишни констатации от същата лабораторна група, новото изследване дава яснота относно екстремната стратегия на бозайниците за оставане под земята толкова дълго.
В повечето случаи мислим за жаждата като за ключова адаптация за оцеляване. Ние (и всички бозайници) се нуждаем от вода за циркулация, клетъчна функция, отстраняване на отпадъци, регулиране на телесната температура и много други. Когато концентрацията на йони в кръвта ви достигне критична точка, когато обемът на кръвта ви стане твърде нисък или когато бъбреците ви започнат да се натоварват, хормоните и други сигнали карат вашия мозък да почувства жажда. Пиете вода и балансът се възстановява.
Но за катерица с кафява козина, която се опитва да преживее бялата зимна страна на чудесата, импулсът да напусне бърлогата и да потърси вода може лесно да бъде смъртна присъда. „Това би увеличило риска от хищничество“, казва Елена Грачева, старши автор на изследването и професор по клетъчна и молекулярна физиология и неврология в Йейлския университет. Има и студ, разбира се, който сам по себе си е заплаха. И все пак гладните хищници, обикалящи повърхностния свят, вероятно биха представлявали този най-голям риск и не забравяйте да вземете всички земни катерици, които са направили грешката да излязат от гнездото през слабите зимни месеци, когато плячката е оскъдна и няма къде да се скриете. „Не знаем със сигурност“, отбелязва Грачева, „но това е логично обяснение, до което стигнахме.“
Предишно изследване на Грачева и колеги установи, че хиберниращите катерици поддържат кръвните си концентрации на йони като сол на постоянни нива, приблизително равни на тези на активните катерици, като сериозно пестят вода и отделят йони другаде в тялото. Хормони като окситоцин и вазопресин позволяват съхранение на вода и действат като антидиуретици, като потискат уринирането. Мозъчната област, отговорна за производството на тези хормони, остава силно активна по време на зимен сън, въпреки ниската телесна температура на катериците.
И все пак този физиологичен механизъм не е достатъчен, за да обясни напълно липсата на жажда. Други сигнали, които предизвикват жажда, като хормони, свързани с бъбречния стрес и ниския обем на кръвта, все още циркулират в телата на бозайниците, които според всички стандартни мерки трябва да викат за течности. Въпреки това, дори когато са активни по време на зимен сън и им е предлагана вода, катериците я избягват, според новото изследване.
По този начин премахването на жаждата се превръща в контраинтуитивен начин да останете живи, дори когато катериците отчаяно биха могли да използват напитка.
Първо, малко обяснение: Хибернацията не е сън – това е нещо съвсем друго. Седмици наред земните катерици в хибернация значително намаляват скоростта на метаболизма си и почти замръзват. Тяхната телесна температура пада до между 2 и 4 градуса по Целзий (35,6 и 39,2 по Фаренхайт) и те съществуват в нещо като физиологична неопределеност, наречена торпор. През месеците на хибернация, тези 2-3 седмични периоди на вцепенение се редуват с един или два дни пристъпи на възбуда. Изведнъж катериците изглеждат активни, телесната им температура се повишава до нормалната. Но въпреки това те не напускат дупката и не ядат и не пият. Смята се, че тези активни периоди са важни отчасти, за да могат хиберниращите катерици действително да спят, да изчистят отпадъците и да поддържат оксигенацията на сърдечно-съдовата си система, казва Грачева.
За да определят защо катериците не изпитват жажда или не търсят вода по време на тези пристъпи на възбуда, Грачева и нейните съ-изследователи проведоха набор от поведенчески и молекулярни експерименти. Първо, те предложиха на зимуващи катерици вода или физиологичен разтвор по време на периоди на събуждане в средата на зимния сън. Те установиха, че катериците се интересуват от концентрирания солен разтвор, но не и от водата. Това показва, че животните са изпитвали някои вътрешни сигнали за своето лишено състояние и потенциално са жадували за сол като начин да увеличат кръвния си обем, без да разреждат нивата на йони. „Това е същият принцип като Gatorade“, казва Мадлин Джункинс, водещ автор на изследването и изследовател по невробиология в Йейл. Ако сте силно дехидратирани, не искате да пиете обикновена вода, тъй като това може да разреди критичните йони в тялото ви под безопасните нива.
И все пак, за разлика от човешкия атлет, бозайниците в зимен сън, които изпиват своята катерица „Gatorade“, изглежда също не жадуват за вода. „Ние знаем, че натриевият апетит и жаждата се случват в различни части на мозъка и затова прогнозирахме, че може би това потискане на жаждата ще бъде свързано с намалена невронна активност в [определени] области на мозъка“, обяснява Джункинс.
За да проучат по-нататък тази идея, тя и нейните колеги изследваха по-внимателно мозъците на катериците, разглеждайки експресията на протеини, активността на невроните и отговора на изолираните неврони към определени предизвикващи жажда хормони в шепа катерици при множество тестове. Те откриха, че сами по себе си в паничка на Петри, невроните от предизвикващата жажда част от мозъка все още светват в отговор на съответните хормони (но не и някои други сигнали). Имаше разлики в електрическите свойства на невроните, но не и в реакцията им към хормоните на жаждата. И оценена в контекста на целия мозък, активността на невроните е потисната. Това предполага, че самите неврони остават способни да реагират на сигнали за жажда по време на хибернация, но нещо непрекъснато се случва в мозъка, за да намали реакцията им. Вероятно, предполага Джункинс, инхибиторното сигнализиране играе роля.
Все пак остават много въпроси. Земните катерици не са добре проучени, моделни организми. И така техните геноми и неврони не са добре картографирани. Изследователите не са успели да направят тестове като активиране или инхибиране на отделни неврони, за да видят как това може да промени поведението, което би било възможно при тестов субект като мишка или плъх, отбелязва Грачева. „Работим върху това и мисля, че след две или три години ще можем да използваме подобни инструменти“, казва тя, но засега те все още са на тъмно относно спецификата на мозъчния регион, към който са се ориентирали.
Освен това хибернацията е слабо разбрана на молекулярно и клетъчно ниво. Направени са много поведенчески изследвания, но има малко работа за изследване на подробните вътрешни функции на зимуващи бозайници - особено управлението на водата. „Мисля, че ние сме първите, които действително разглеждат [жаждата по време на зимен сън] от физиологична гледна точка“, казва Грачева. Тя и нейните съизследователи също изучават признаци на глад и други аспекти на екстремната стратегия за оцеляване през зимата на земната катерица – като например как животните знаят кога е време да заспят зимен сън без светлина и температура.
Правейки това, тя си представя, че изследването може един ден да доведе до литания от полезни открития.
„Ние сме лаборатория, базирана на любопитство“, казва Грачева. Те не работят директно върху никакви клинични приложения и радостта от разбирането на биологията на животните е достатъчна мотивация сама по себе си. "Чувствам се много пристрастена , че всяко животно е невероятно и има на какво да ни научи. Има толкова много различни начини за оцеляване в света и толкова много различни стратегии, които са очарователни", казва Джункинс.
Изучаването на хибернация обаче има широкообхватни потенциални приложения, ако можем да разберем как да приложим уроците от катериците към себе си. Той би могъл да подобри трансплантациите или операциите на открито сърце, които разчитат на временна, предизвикана хипотермия при пациентите, отбелязва Грачева. Като цяло такива процедури са ограничени във времето и възможностите, тъй като хората могат безопасно да останат в състояние на хипотермия само за кратки пристъпи. „Ако можем да разширим този прозорец от два на пет часа, това може да помогне за спасяването на много животи“, обяснява тя. „Тъй като съм в медицинско училище, чувам този интерес към нашите изследвания от истински лекари.“
Той може също така да разкрие клетъчни или молекулярни цели за лекарства за лечение на анорексия, предполага Грачева - тъй като те идентифицират специфични пътища за потискане и активиране на глада и жаждата. И може дори да ни помогне да отидем в дълбокия космос.
Космическите пътувания на дълги разстояния, до Марс и отвъд, се усложняват от това колко много трябва да консумират хората, за да останат живи. Ако можехме да контролираме по-добре собствения си метаболизъм и да научим тайните за елиминиране на неудобните желания в частично състояние на хибернация, космическият полет може да ни отведе по-далеч. „Това е много гореща тема за НАСА“, казва тя. От малки дупки на катерици до необятната вселена науката изгражда неочаквани мостове.
Tags:
Животни и растения