В новом выпуске StarTalk Нил деГрасс Тайсон, Чак Найс и Гэри О’Рейли обсуждают одну из самых амбициозных задач современной космонавтики — погружение человека в состояние искусственной спячки для длительных межпланетных перелетов. В качестве эксперта приглашен доктор Райан Спрэнгер, ведущий физиолог компании Fauna Bio, который изучает уникальные биологические механизмы животных-гибернаторов, чтобы применить их для защиты здоровья будущих покорителей Марса.
🧬 Что такое торпор и чем он отличается от спячки 2:31
Доктор Райан Спрэнгер дает четкое научное определение состоянию, которое в массовой культуре часто путают с обычным сном. Торпор — это состояние метаболической и температурной депрессии . По словам ученого, это не «депрессия» в клиническом или эмоциональном смысле, а физиологическое «замедление» всех процессов в организме, включая нейрофизиологическую активность .
Различие между терминами, согласно Спрэнгеру, заключается в следующем:
- Гибернация (спячка) — это целый сезон, в течение которого животное использует торпор как стратегию выживания .
- Торпор — это само физиологическое состояние, характеризующееся крайне низким уровнем обмена веществ .
Спрэнгер шутит, что научные конференции по гибернации проводятся раз в четыре года, потому что сбор данных занимает много времени — ученые буквально зависят от природных сезонов . Однако в последнее время сообщество решило участить встречи, так как выяснилось, что гибернация — это не только реакция на холод. Ученые обнаружили животных, впадающих в спячку в условиях теплого климата и даже при высоких температурах .
📉 Стратегия выживания: снижение спроса вместо поиска предложения 5:11
Основная причина, по которой животные эволюционно выбрали путь гибернации, — высокая энергетическая стоимость любого действия. Поддержание жизнедеятельности требует огромных ресурсов, и в периоды их дефицита (отсутствие воды, засуха, мороз) некоторые млекопитающие предпочитают радикально сократить свои потребности .
Райан Спрэнгер выделяет ключевые аспекты этой стратегии:
- Ресурсная депривация: животные реагируют на нехватку пищи или замерзание воды .
- Экономика метаболизма: вместо того чтобы искать, где достать еду («увеличивать предложение»), организм «снижает спрос», отключая второстепенные функции .
- Резистентность к катастрофам: в Австралии некоторые виды впадают в торпор после лесных пожаров, когда привычная кормовая база уничтожена. Это позволяет им «растянуть» внутренние запасы на месяцы, пока экосистема не начнет восстанавливаться .
Ведущий Нил деГрасс Тайсон отмечает, что теплокровные животные тратят колоссальное количество энергии просто на поддержание температуры тела (36,6 °C), в то время как аллигаторы могут обходиться без еды до года, так как их температура зависит от окружающей среды . Спрэнгер подтверждает: термическая энергия потребляет гораздо больше калорий, чем кинетическая (движение) .
🐿️ Секреты 13-линейного суслика и Fauna Bio 10:53
Компания Fauna Bio, в которой работает гость, была основана тремя женщинами-учеными (Кэти, Линда и Эшли) с целью поиска новых лекарств через изучение экстремальной физиологии животных . Основной объект их исследований — 13-линейный суслик (Ictidomys tridecemlineatus), который обладает уникальными способностями, полезными для медицины.
Удивительные факты о сусликах-гибернаторах:
- Обратимый диабет: перед спячкой суслики увеличивают массу тела более чем на 100%, набирая чистый жир, и становятся полностью инсулинорезистентными . К концу сезона спячки они естественным образом возвращаются к норме, что делает их идеальной моделью для изучения лечения диабета у людей .
- Защита от травм: эти животные устойчивы к ишемической реперфузии — повреждению тканей, которое возникает у людей после восстановления кровотока после травмы или инфаркта .
- Регенерация: Спрэнгер также упоминает иглистую мышь (spiny mouse), способную к полной регенерации поврежденных тканей кожи и внутренних органов без образования шрамов .
🛡️ Мышечная атрофия и защита от радиации 13:36
Для NASA критически важны два аспекта гибернации: сохранение мышц при бездействии и защита от космического излучения. В обычных условиях, если человек сломает руку и наложит гипс, его мышцы атрофируются за несколько недель . Однако животные в спячке месяцами не двигаются и при этом почти не теряют мышечную массу.
По словам Спрэнгера, секрет кроется в балансе синтеза и деградации белка:
- В состоянии торпора животные одновременно снижают пути распада белка и активируют пути его синтеза .
- Они практически не используют мышечный белок как топливо, предпочитая сжигать исключительно накопленный жир .
- Fauna Bio уже заключила партнерство с фармацевтическим гигантом Eli Lily для разработки препаратов против ожирения на основе этих механизмов .
Еще более поразительным является факт радиационной стойкости. Исследования, начатые еще в 1951 году, показали, что животные в состоянии торпора выживают после огромных доз гамма-излучения гораздо лучше, чем обычные крысы . Ученые связывают это с уменьшением количества активных форм кислорода (АФК) . В торпоре метаболизм замедлен, в тканях меньше кислорода и воды, что дает радиации меньше возможностей для создания разрушительных свободных радикалов .
🚀 Космические перспективы и грант NASA NIAC 19:32
Проект Fauna Bio получил поддержку программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) для исследования под названием STASH (Study in Torpor in Animals for Space Health) . Цель проекта — разработать систему для изучения гибернации непосредственно в космосе, так как до сих пор никто не проверял, как спячка работает в условиях микрогравитации .
Основные тезисы по космической программе:
- Близость к человеку: Спрэнгер отмечает, что существует вид приматов, впадающих в торпор, — это толстохвостые лемуры из Мадагаскара . Это дает надежду, что гены гибернации являются базовыми для всех млекопитающих и их можно «разблокировать» у людей .
- Экономия ресурсов: в глубоком торпоре потребность в калориях падает более чем на 99%. Если обычному человеку нужно около 2000–2400 ккал в день, то в состоянии спячки он может обходиться единицами калорий .
- Логистика: для полета на Марс (9 месяцев в один конец) использование торпора решит проблемы психологического стресса, нехватки провизии и защиты от радиации .
🧪 Как погрузить человека в спячку: вызовы и реальность 26:32
На текущем этапе ученые уже умеют искусственно вводить в состояние, похожее на торпор, животных, которые обычно не зимуют (например, крыс), воздействуя на гипоталамус . Однако с людьми все сложнее.
Препятствия на пути к человеческой спячке:
- Циркадные ритмы: хотя биологические часы продолжают работать в торпоре, они сильно замедляются. При пробуждении в космосе это может вызвать серьезную дезориентацию .
- Процесс пробуждения: это самая опасная и энергозатратная часть. Органы должны включаться строго последовательно. Если сердце начнет биться слишком быстро до того, как прогреются периферийные ткани, или легкие расширятся слишком резко, это приведет к фатальным повреждениям (например, разрыву альвеол) .
- Нужда во сне: Спрэнгер подчеркивает, что гибернация — это НЕ сон. На самом деле животные периодически «просыпаются» из спячки на 12–24 часа каждые 20 дней именно для того, чтобы... поспать . Считается, что спячка не удовлетворяет неврологическую потребность мозга в обычном сне .
Доктор Спрэнгер полагает, что в ближайшие 10–15 лет мы увидим первые формы «ассистированного торпора» для людей — состояния с медикаментозным снижением метаболизма при постоянном контроле уровня жидкостей и питательных веществ . На данный момент уже существуют лаборатории, финансируемые NASA, которые пытаются углубить фазу метаболического снижения у людей во время обычного сна с помощью химических веществ .
