Ученые обнаружили, что кальций, присутствующий в телах медведей и составляющий основной компонент костей, подвергался эффективному циклу, благодаря которому кости защищены. Задача Донахью и его команды — развивать новые методы лечения костей у людей, сравнивая структуру гормонов, которые связаны с образованием костей у людей и медведей.
Исключительно эффективная система не впервые наблюдается у медведей, впадающих в спячку. в одном из исследований, опубликованных в журнале Nature в 2001 году, изучения медведей того же вида показал, что у них было меньше потери мышечной силы в период спячки по сравнению с другими существами. Ученые, которые изучали медведей более 4 лет, подсчитали, что в конце пятимесячной спячки медведи теряют всего лишь 23 % мышечной силы и около 10–15 % протеинов. в отличие от них, люди которые проводят такое же количество времени в постели, потеряли бы 85 % мышечной силы и 90 % протеинов.
Эти безупречные системы у медведей также порождают большое количество важных вопросов, на которые нужно ответить. Медведь весит сотни килограммов. Кости в теле медведя, который остается неподвижным в течение месяцев, находятся под давлением большого веса, и к тому же еще больший вес давит на мышцы, состоящие из более мягких тканей, чем кость, в контактирующей с землей области тела.
Бессильные пациенты в больницах требуют тщательного ухода. Медсестры поворачивают их в течение дня, давая возможность весу их тел распределяться между различными областями. Таким образом они предотвращают образование болезней. Уход медсестер и докторов за парализованными пациентами уподобляется системе, которая есть у медведей. Костные клетки представляют наиболее эффективное использование кальция, а метаболизм медведя удерживает мышечную потерю на более низких уровнях. Изучение того, почему кости медведей сильней, может привести к открытию способа лечения остеопороза. Мышечная потеря неизбежна у людей, которые голодают, и может быть даже фатальной. Желудки голодающих детей вздуваются в результате того, что мышцы в их телах рвутся из-за отсутствия жира и дальнейшего накопления воды. Но накопления не наблюдается в телах медведей, и они избегают такой ситуации, которая может привести к смерти.
Тем не менее как происходит, что кости медведей и мышечные клетки могут демонстрировать такие сложные образования? Как эти клетки, лишенные возможности думать, могут регулировать вход и выход кальция из своих мембран таким сознательным образом? Как получается, что медведи не подвергаются риску потерять мышцы, как это наблюдается у голодающих людей, даже если они остаются без еды в течение месяцев? Конечно же, сознательность, наблюдаемая в клетках, не принадлежит молекулам, которые их составляют. Атомы, такие как кислород, углерод и азот, не могут знать, что нужно медведям, и соответственно не могут планировать. Можно увидеть, как понимание в клетках принадлежит личности, обладающей превосходным интеллектом. Не может быть сомнений, что это наш Господь, всемогущий Бог, который создал медведей и даровал им метаболизм для поддержки их здоровья в течение периода спячки.
Белый медведь по сравнению с остальными своими родственниками живет в наиболее суровых атмосферных условиях. При хорошей упитанности он может выдержать холод до минус 40 °C. Доказано, что беременные и не достигшие половой зрелости самки зимой впадают в состояние зимней спячки. Для этой цели они выкапывают в снегу яму и остаются там несколько месяцев, пока родившиеся за это время медвежата не подрастут, достаточно не окрепнут и не наступит теплая погода. Самцы белого медведя не впадают в состояние гибернации.
Группа ученых под руководством доктора Ральфа Нельсона зимой 1977–1978 гг. провела в рочестерской клинике «Майо» в штате Южная Дакота (США) ряд опытов по изучению зимней спячки американского черного медведя барибала. Исследователи ставили себе цель: выяснить, каким образом этот вид медведя за время 3-5- месячного сна расходует ежедневно до 4 тыс. кал., не получая пищи и воды и не удаляя отходов из организма.
Исследуя при помощи радиоизотопных методов пробы, взятые из крови и тканей, ученые пришли к предположению, что эти свойства животного обусловлены особым гормоном, поступающим еще осенью в его организм из гипоталамуса. Процессы обмена веществ у медведей, находящихся в состоянии гибернации, оказались похожими на метаболические процессы, протекающие в человеческом организме при сухом голодании. Однако было установлено, что организм медведя осуществляет эти процессы значительно более рационально. Голодающий человек расходует для поддержания жизни как жировую, так и мышечную ткань. После длительного голодания человек не только худеет, но и теряет силы. Медведи, наоборот, просыпаясь весной, обладают той же сильной мускулатурой, какую имели осенью, и не испытывают чувства голода еще 2 недели. Ученые установили также, что во время зимней спячки обмен белков в 5 раз более интенсивен, чем при активном состоянии животного. Для обеспечения такого обмена медведи осенью накапливают запасы белков для зимней спячки, питаясь не менее двенадцати часов в сутки. Калорийность их дневной нормы необыкновенно велика — достигает 20 тыс. кал. Сильно повышенный белковый обмен во время зимней спячки предполагает и образование многих продуктов отхода. Но в данном случае продукты распада белков появлялись в ничтожных количествах. Почки медведя выделяли всего лишь несколько капель мочи, которые через стенки мочевого пузыря всасывались обратно в кровь. Наряду с этими открытиями еще не установлено, почему в организме медведя не скапливаются ядовитые продукты распада, прежде всего мочевина, которая при активном состоянии животного удаляется из его организма с мочой. Независимо от того, что в период зимней спячки температура тела у медведей иногда значительно падала, все процессы обмена веществ протекали нормально. Кроме того, удалось выяснить, что при температуре воздуха в помещении — 8 °C на поверхности кожи медведя поддерживалась температура +35 °C, в прямой кишке +22 °C, в полости рта +35 °C (при +38 °C в активном состоянии). Однако частота сердечных сокращений и ритм дыхания значительно снижались. Интерес к уникальным данным относительно гибернации медведей обусловлен поисками современной медицинской науки. Зимняя спячка черного медведя может служить моделью для подбора диеты при хронической почечной недостаточности. в организме животного, впадающего в зимнюю спячку, отсутствуют обычные конечные продукты распада белка, а концентрация в крови аминокислот, белка, щелочных солей и т. п. остается неизменной на протяжении всей зимы. Кроме того, азот в брюшной полости не накапливается. Вот почему если ученым удастся получить в чистом виде вещество (предположительно гормон), поступающее в организм из гипоталамуса медведей, с помощью которого регулируются жизненные процессы во время зимней спячки, то они смогут успешно лечить людей, страдающих заболеванием почек. Если замедлить распад белков, то сократится образование мочевины и таким образом можно будет защитить организм больного человека от излишка этого отравляющего вещества. Если удастся выделить этот предполагаемый гормон, появится надежда создать на его основе препараты для лечения ряда болезней (хронических заболеваний почек, бессонницы, ожирения и др.). Если бы мы научились так впадать в спячку при неблагоприятных условиях, как медведи, мы бы смогли жить несколько сот лет. Раскрытие тайны медведей может заинтересовать и специалистов космической медицины с точки зрения будущих сверхдальних космических полетов. Этот интерес обусловливается тем фактом, что медведи спят 3–5 месяцев в году, а нечто подобное может быть применено и к космонавтам, что даст возможность экономить запасы продуктов питания, которые нельзя взять в космический корабль в необходимых количествах.
Существует ли летняя спячка в мире животных?
Интересное биологическое явление, вызываемое периодическими (или неожиданными) метеорологическими переменами, изменяющимися условиями жизни в летний сезон, представляет собой так называемая летняя спячка у животных, которая, в сущности, весьма сходна с зимней спячкой. Научное название летней спячки, как мы уже упомянули, — эстивация (от лат. aestas — «лето»). в подобное неактивное состояние впадает ряд видов животных при наступлении сильной жары и засухи, когда становится невозможно найти пищу и воду, чтобы выжить. Летняя спячка — частое явление у некоторых видов рыб. Особенно она характерна для обитателей пресноводных водоемов, преимущественно экваториальных и тропических областей земного шара. Сравнительно хорошо изучена летняя спячка у рыб двоякодышащих — африканского протоптера и американского чешуйчатника. Африканский протоптер, представляющий собой редкое создание природы, поистине может называться необыкновенной рыбой. в известных энциклопедиях животного мира Брема протоптер назван рыбой-саламандрой. Многие ученые, изучающие эволюцию животного мира, считают, что это существо, вероятно, является первой попыткой природы превратить его из водного в сухопутного обитателя еще 400 млн. лет тому назад. Поводом для такого предположения является тот факт, что эта рыба, кроме жаберной системы, использует для дыхания и парный плавательный пузырь, обильно насыщенный кровеносными капиллярами и играющий роль легких. Для передвижения по земной поверхности природа наделила рыбу вместо гибких плавников очень твердыми отростками, напоминающими ножки. Эта рыба приспособилась переносить продолжительные засушливые периоды, которые часто бывают в Центральной Африке и главным образом в притоках Белого Нила, Конго и Замбези, где неглубокие пресноводные водоемы полностью пересыхают. Протоптер достигает в длину 2 м. в засушливый период года — с августа до ноября-декабря, когда обитаемые им водоемы пересыхают, протоптер выкапывает себе нору в иле, достигающую 0,5–1 м, и устраивается на ее дне, где формирует для себя специальную капсулу. После этого он выделяет большое количество слизи, которой склеивает глинистые стены капсулы. в результате образуется нечто похожее на кокон с узким проходом для дыхания напротив рта, достигающим поверхности и служащим для поступления атмосферного воздуха. Так рыба проводит длительный период времени (5–6 месяцев), свернувшись в клубок в состоянии полного оцепенения. в этот период она переходит на легочное дыхание, используя атмосферный воздух, а так как обмен веществ резко понижается, потребность в кислороде уменьшается. Впадая в глубокую летнюю спячку, эта рыба живет за счет предварительно накопленного жира. в засушливый сезон года местное население ходит ловить протоптеров, вооружившись лопатами и обнаруживая их по слуху — легочное дыхание рыбы уловимо даже для нетренированного уха. После наступления дождливого сезона вода размягчает илистую капсулу и рыба оживает. Известен случай, когда протоптер вместе с его глинистым коконом был успешно перевезен из Африки в Европу, после чего был «оживлен» в воде и обитал в аквариуме несколько лет. Быстрое пробуждение этой рыбы от летней спячки опасно. Ее мускулатура очень медленно восстанавливает свою способность двигаться. Кроме того, необходимо, чтобы ее дыхательный механизм имел достаточно времени для переключения с легочного дыхания на дыхание жабрами. в подобное состояние впадает и встречающийся у нас вьюн, когда водоемы, где он обитает, в летнюю жару высыхают. Тогда вьюн зарывается в ил и впадает в состояние летней спячки. Его можно обнаружить замурованным в сухой ил, в котором нет никакой влаги, и тогда он кажется окаменелостью. Вот почему он получил свое название fossilis — от лат. fossil, что означает окаменелый остаток организма, жившего в давние времена. в этом состоянии вьюн выдерживает продолжительное время при неблагоприятной для него засухе. При увлажнении жизнедеятельность восстанавливается. Установлено, что вьюн, хотя и не является двоякодышащей рыбой, вдыхает атмосферный воздух ртом, проводя его через кишечный тракт, где осуществляется газообмен благодаря обильной сети мельчайших кровеносных сосудов — капилляров, и выбрасывает его через анальное отверстие. Летняя спячка у рыб, подобно зимней спячке, является приобретенным эволюционным путем биологическим приспособлением к неблагоприятным условиям жизни. в таком состоянии, когда рыбы наименее активны и процессы обмена веществ сведены до возможного минимума, они живут за счет заранее накопленного жира, причем потребляют незначительное количество кислорода.
