Можно ли «привить» животным зимнюю и летнюю спячку?

Можно ли «привить» животным зимнюю и летнюю спячку?

Современной фармакологической науке известно немало химических снотворных веществ, вызывающих впадание в глубокий сон. Однако эти синтетические соединения обычно обладают вредным побочным действием, еще более нежелательным, когда их применяют к больному человеку (например, при операции). Вот почему усилия ученых еще в начале нашего столетия были нацелены на синтезирование подопытными животными так называемого фактора сна. Предполагается, что синтез фактора сна откроет возможность для экспериментов, с помощью которых можно будет исследовать физиологическую природу сна.

Еще в 1913 г. французские ученые извлекали спинномозговую жидкость у лишаемых сна собак и вводили ее другим собакам, после чего те спали значительно больше нормы.

Значительно позже фактор сна изучали швейцарские исследователи из Базельского университета. Им удалось выделить из венозной крови мозга спящего кролика вещество, которое ввели другому, бодрствующему кролику, вызвав у него сон. Опыты с животными показали, что во время сна в крови и в спинномозговой жидкости образуется вещество, которое, если его ввести другому, бодрствующему, животному, вызывает у него сон.

Швейцарский ученый М. Монэ после сложных и продолжительных опытов в 1974 г. сумел выделить это вещество в чистом виде. Оно оказалось белковым соединением, точнее, полипептидом, состоящим из 9 аминокислот с молекулярным весом 860. Определение последовательности расположения аминокислот в пептидной цепи должно открыть ученым путь к синтезированию этого вещества.

Независимо от усилий швейцарского ученого после восьмилетних исследований группа ученых из Гарвардского университета также обнаружила, что сон у животных вызывают белки. Исследователи нашли быстрый и безболезненный способ извлечения спинномозговой жидкости у коз. Они показали, что жидкость вызывала более длительный, чем нормальный, сон у подопытных крыс, кошек и кроликов. Было установлено, что тот же фактор может быть извлечен из мозга лишенных сна животных сразу же после их умерщвления.

В последнее время многие исследователи из разных стран стремятся выделить фактор, вызывающий зимнюю и летнюю спячку у животных. Некоторые ученые предполагают, что этот фактор находится в крови, другие — в различных тканевых жидкостях, а третьи — в мозговой нервной ткани. Так, например, исследования американских ученых А. Дейва и У. Спериера в 1969 г. показали, что сыворотка крови, взятой у сусликов, находящихся в состоянии зимней спячки, и введенная сусликам в их активный период летом, вызывала впадание их в зимнюю спячку. Даже человекообразные обезьяны поддавались ее воздействию — теряли аппетит, у них замедлялся пульс и температура тела понижалась на 2–8 °C. Активная составная часть сыворотки крови еще не выделена, но предполагается, что она действует как регулятор количества определенных гормонов. Доказательством этого служит тот факт, что суслики, которым вводили гормон тестостерон, просыпались от зимней спячки раньше других зимоспящих животных.

В различных исследовательских лабораториях проводились опыты, в которых экстракт из мозга умерщвленных зимнеспящих ежей, летучих мышей и золотистых хомяков был введен не зимоспящим бодрствующим кошкам и собакам. В результате животные впадали в сонливое состояние, температура их тела несколько понижалась, но добиться у них настоящей зимней спячки не удалось.

Подобные исследования были проведены Ноулом в 1952 г. Он выделил из мозга впавших в зимнюю спячку млекопитающих вещество, вызвавшее впадание в зимнюю спячку даже у тех видов, которым она не свойственна, — у собак и кошек, причем она продолжалась от 2 до 40 дней.

Английские и шведские биохимики направили свои усилия на то, чтобы выделить фактор сна из организма животных, впадающих в летнюю спячку. В качестве объекта изучения они выбрали африканскую двоякодышащую рыбу — протоптера (см. гл. «Существует ли летняя спячка в животном мире?»). Они получили экстракт мозга этого вида рыбы во время ее летней спячки и ввели его лабораторным белым крысам. В результате у них наблюдалось понижение температуры тела и они впадали в состояние глубокого сна.

Другие ученые провели опыты над впадающими в зимнюю спячку золотистыми хомяками и ежами, исследуя содержание свободных аминокислот в их мозге. Было установлено, что во время зимней спячки активность фермента глутаминдекарбоксилазы повышена, и поэтому содержание гамма-аминомасляной кислоты выше нормы. Предполагается, что это вещество и продукты его распада угнетают центральную первую систему и вызывают сонное состояние. Однако предположение, что зимняя спячка наступает под воздействием гамма-гидроксимасляной и гамма-аминомасляной кислот, не доказано, так как понижение процессов обмена веществ и температуры тела у подопытных животных (кроликов, кошек, собак и других млекопитающих) достигается и путем введения экстракта из других тканей зимоспящих животных.

Интересные опыты проведены с переливанием крови от впавшего в зимнюю спячку тринадцатиполосного суслика (Citellus tridecemlineatus) и альпийского сурка (Marmota marmota) таким же животным в период их активности. Результаты оказались сходными с результатами применения мозговых экстрактов — появились признаки настоящей зимней спячки. Она наступала даже тогда, когда использовалась консервированная кровь длительного хранения, которую переливали животным в активный период их жизни (летом). Более того, подобный эффект получался и при введении сыворотки крови и промытых кровяных клеток, взятых у впавших в зимнюю спячку животных.

Установлено, что во время зимней спячки у ежей, да и у некоторых других млекопитающих, увеличивается ткань Лангергансовых островков и повышается число бета-клеток, производящих инсулин. Однако повышение выработки инсулина, по мнению ряда ученых, не является сопутствующим признаком или причиной впадания в зимнюю спячку, но, несомненно, необходимо для ее подготовки, так как инсулин исключительно активен при образовании жиров и при распаде гликогена в печени. К концу зимнего периода количество инсулина уменьшается, так как он поступает в небольших дозах в кровь и главное — участвует во многих процессах при пробуждении. В конце зимней спячки выработка инсулина приспосабливается к повышенным требованиям при окончательном пробуждении животного весной. В связи с тем что низкий уровень сахара в крови и пониженная температура тела типичны для зимней спячки, некоторые ученые считают зимнюю спячку одним из видов инсулинового наркоза. В доказательство этого они смогли с помощью введения инсулина (а также инсулина и солей магния) вызвать искусственную зимнюю спячку у ежа, которая была очень близка к естественной. Но у других видов животных этот эксперимент не удался.

В результате ряда других опытов было установлено, что при удалении щитовидной железы у зимоспящих животных они не в состоянии впадать в гибернацию. Когда тем же животным вводили гормоны этой железы (тиреоидные гормоны), они могли впасть в состояние зимней спячки. Подобные результаты были получены и с гормонами надпочечников и половых желез, которые также нужны для впадания в зимнюю спячку.

Доказано, что в конце гибернации все органы внутренней секреции, включая и гипоталамус, действуют с повышенной активностью. При пробуждении необходима значительная энергия для согревания организма, что невозможно без усиления выработки гормонов.

В 1977 г. американские физиологи X. Суэн и Ч. Шат посредством введения экстракта мозговой ткани, взятой у животных, находившихся в состоянии зимней спячки, сумели вызвать у теплокровных животных понижение обмена веществ на 35 % и температуры тела на 5 °C.

В ноябре 1982 г. советские исследователи из Института биофизики Академии наук СССР сумели искусственно вызвать состояние зимней спячки v животных с постоянной температурой тела. Опыты были проведены весной на трех группах белых мышей. Первой группе ввели экстракт ткани, полученный в декабре — январе от сусликов, находившихся в состоянии естественной глубокой зимней спячки. Второй группе мышей ввели экстракт тех же тканей сусликов, но полученный в их активный летний период. Третья группа мышей была контрольной — им вводили физиологический раствор. Экстракт получали из эпителия кишок, где синтезируются нейропептиды, которые в дальнейшем поступают в мозг и играют роль регуляторов сложных процессов в нервной системе. Результаты показали, что введение в организм мышей экстракта из тканей сусликов, находящихся в состоянии зимней спячки, существенно понижало потребление кислорода и температуру тела в зависимости от дозы. При введении 1 мкг на 1 г веса потребление кислорода падало до 61 %, а через 4 ч после введения температура тела падала до 32,8 С. При введении 2 мкг на 1 г веса обмен веществ понижался до 76 %, а температура тела к седьмому часу падала до 25 °C. У некоторых животных через 6 ч она упала до 22,5 °C, т. е. мало отличалась от температуры помещения, где проводился опыт. У второй группы мышей, которым вводили экстракт, взятый от сусликов в период их летней активности, не наблюдалось отличия от контрольной группы мышей, которым вводили только физиологический раствор. По мнению советских ученых, в организме зимоспящих животных вырабатывается или резко увеличивается концентрация одного или нескольких веществ, которые до сих пор не удалось идентифицировать. Сначала они понижают обмен веществ, а потом и температуру тела. Советские ученые предполагают, что действие этих веществ подобно действию вещества, выделенного из мозга и крови зимоспящих животных, в вышеописанных опытах[11].

Многие специалисты склонны исключить предположение о том, что такой комплексный процесс, как зимняя спячка, для выработки которой природе понадобились миллионы лет, может вызывать одно химическое соединение.

Расшифровка этой тайны имела бы огромное значение для медицины при лечении ряда заболеваний, так как считают, что во время зимней спячки животные устойчивы к возбудителям болезни[12].