في أقصى الشمال ، فوق الدائرة القطبية الشمالية في ألاسكا ، تتجعد السناجب الأرضية في كرات صغيرة من الفرو داخل جحور عميقة تحت الأرض. إذا نظرت إلى أحدهما ، فقد تعتقد أنه مات. السنجاب بارد مثل الجليد - حرفيا. درجة حرارة جسمه هي -2 درجة مئوية (28 درجة فهرنهايت). ينبض قلبه مرة واحدة فقط كل 15 ثانية. يتوقف تنفسه لدقائق في كل مرة.
إنه ليس ميتًا بالطبع - مجرد سبات.
يقول العلماء:السبات
لكن الربيع في طريقه إلى ألاسكا.
مع إطالة الأيام ودفء الأرض المحيطة ، ستدفأ سنجاب الأرض القطبية الشمالية أيضًا. في البداية ، ستكون الزيادة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها.
يقول براين بارنز:"تراهم يبدأون في التنفس بسرعة أكبر قليلاً - لاحظ تسارع معدل ضربات قلبهم". إنه عالم حيوان ، يدرس الحيوانات في جامعة ألاسكا في فيربانكس (UAF). "عندما تصل درجة حرارتها إلى 10 إلى 20 درجة مئوية [50 إلى 68 درجة فهرنهايت] ، تراهم يرتجفون بشدة" ، كما يلاحظ ، "تمامًا كما نرتجف". هذا الارتعاش هو نوع من التوليد الحراري - طريقة لتوليد الحرارة. بمجرد ارتفاع أجسادهم فوق 30 درجة مئوية (86 درجة فهرنهايت) ، كما يقول ، "يستيقظون ، ويعتنون بأنفسهم ، ويتمددون ويخدشون." السنجاب الذي بدا بالقرب من القبر قبل ساعات قليلة هو الآن على قيد الحياة.
تعتبر السناجب الأرضية في القطب الشمالي من أروع أنواع السبات الشتوي في العالم. يتيح لهم الاسترخاء لأشهر في كل مرة فرصة الازدهار في هذا المناخ المتجمد ، حيث يندر الطعام. من خلال دراسة كيفية دخول هذه الثدييات وغيرها من الثدييات في فترة السبات ، يأمل العلماء في الإجابة على بعض الأسئلة الكبيرة. ومن بينها:كيف تنتقل هذه الحيوانات من الدفء إلى البرد والعودة مرة أخرى ، غير تالفة؟ وهل يمكن أن يفعل الناس الشيء نفسه؟
يمكن أن تساعد القدرة على الاسترخاء البشر على النجاة من إصابات الدماغ والنوبات القلبية. قد يكون السبات جزءًا من تذكرتنا إلى المريخ - فقط إذا تمكنا من معرفة كيفية القيام بذلك.
السناجب الرائعة
السبات هو حالة من السبات طويلة المدى . عندما يدخل حيوان ما في حالة سبات ، فإن مستوى نشاطه يأخذ الغوص. تنخفض درجة حرارة جسمه. كما يبطئ الحيوان عملية التمثيل الغذائي - التفاعلات الكيميائية التي تحدث في جميع خلاياه والتي تبقي الحيوان على قيد الحياة. قد تتعرض بعض الحيوانات للتلف ليوم واحد. او اثنين. أو ثلاثة.
يقول العلماء:Torpor
عندما يستمر السبات لفترة أطول من بضعة أيام ، يسميه العلماء السبات. يعتقد الكثير من الناس أن السبات يحدث بسبب البرد. لكنها ليست مجرد شيء شتوي.
"الغرض من السبات هو الحفاظ على الطاقة" ، تشرح كيلي درو. إنها عالمة أعصاب في UAF ، تدرس الدماغ. التبريد هو نتيجة لتوفير الطاقة ، كما تقول ، مثل "إطفاء المصباح الدليلي أو إعادة ضبط منظم الحرارة".
قد يبدو التبريد سهلاً. لكن التحضير لها عمل شاق.
"هؤلاء الرجال يأكلون بشكل أساسي كل الخريف ،" تلاحظ سارة رايس. إنها طالبة دراسات عليا من UAF في علم الأعصاب في مختبر درو. مع كل هذا الأكل ، تصبح السناجب سمينة - لذا يمكن أن يتضاعف حجم الدهون. يقوم الذكور أيضًا بجمع التوت والبذور والفطر والأوراق ، ثم يخزنونها في جحورهم.
الشرح:ما هو النقل العصبي؟
مع اقتراب الخريف ، تبدأ أدمغة السناجب في إطلاق كميات كبيرة من المرسل الكيميائي. لا يزال العلماء لا يعرفون بالضبط ما هي المادة الكيميائية. ومع ذلك ، فإنه في النهاية يدخل جزيء الالتحام في خلية تساعد في نقل الرسائل. يسمى مستقبل الأدينوزين (Ah-DEN-oh-see) A1 ، وهو نفس الشيء الذي يحاول الناس منعه عن طريق شرب القهوة. القيام بذلك يساعدنا على البقاء مستيقظين. ولكن عندما يدخل المرسل الكيميائي الصحيح ، مثل المفتاح ، فإنه يفتح التأثير المعاكس - النعاس. بحلول أغسطس أو سبتمبر ، تستقر السناجب في جحورها وتبدأ درجات حرارة أجسامها وعمليات الأيض في الانخفاض.
بمرور الوقت ، تقع هذه الحيوانات في حالة سبات. تتوقف معظم وظائف الجسم. لا يتبولوا ولا يتغوطوا. لن يشربوا أو يأكلوا. تبدأ الخلايا في أدمغتهم في سحب أجزائها المتصلة. ينخفض تدفق الدم بنسبة تصل إلى 90 في المائة ، مما يحرم أجسامهم من الأكسجين. إذا انخفض تدفق الدم بنفس المقدار عند الناس ، فسنموت في غضون دقائق. لكن السناجب تستطيع أن تفعل ذلك عاما بعد عام.
يقول بارنز:"يمكن لهذه السباتات الصغيرة البقاء على قيد الحياة بعد أن تم إيقاف تشغيل أدمغتها بشكل أساسي في درجات الحرارة المنخفضة هذه". من خلال إيقاف العديد من وظائف الجسم الأخرى ، تخفض السناجب معدل الأيض بنسبة تصل إلى 90٪. هذا يوفر كمية هائلة من الطاقة - مما يعني أنهم يحتاجون إلى سعرات حرارية أقل للبقاء على قيد الحياة. هذه إحدى الطرق التي يمرون بها دون تناول الطعام طوال هذه الفترة.
الشرح:ما مدى وجيزة الإسبات؟
لن تخرج هذه الحيوانات من جحورها حتى أبريل. يبدأ الذكور بالتحريك أولاً. خلال فصل الشتاء ، ينخفض معدل التمثيل الغذائي لديهم بدرجة لا تسمح لذكر السناجب بإنتاج الحيوانات المنوية . لذا فهم لا يفعلون. بدلاً من ذلك ، كل ربيع ، تصبح السناجب الأرضية في القطب الشمالي مراهقة مرة أخرى عندما تخرج من السبات. يبقون في جحورهم لبضعة أسابيع ، ويتناولون طعامهم المخزن مسبقًا ويمرون سن البلوغ (ومع ذلك ، فمن المحتمل ألا يصابوا بالفراء). عندما يكونون مستعدين أخيرًا للمغادرة ، يكون هؤلاء الذكور أيضًا على استعداد للتزاوج. ثم حان الوقت لبدء التسمين مرة أخرى في الخريف.
لكن السنجاب في فترة السبات لا يقضي الشتاء كله ساكنًا وباردًا. تقول رايس:"الشيء الغريب في السبات هو أن لديهم هذه الإثارة المنتظمة وفقًا لجدول زمني منتظم للغاية". "اعتمادًا على السنجاب ، يمكن أن يكون كل 14 إلى 21 يومًا. إنهم يستيقظون ويصنعون خلايا مناعية ويكتسبون وظائف المخ بشكل طبيعي ". خلال هذه الإثارة ، ترتجف أجسادهم في طريق عودتهم إلى حوالي 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت). الآن سوف تتعثر الحيوانات حولها ، وتمتد ، وتتدحرج - ثم تذهب إلى النوم. بعد حوالي يوم ، تنخفض درجة حرارة أجسامهم مرة أخرى. هذا يجعلها تتحول إلى torpid واستئناف السبات.
القصة تستمر أسفل الفيديو
هذه الاستفزازات تستهلك الكثير من الطاقة. في الواقع ، سوف يستهلكون معظم السعرات الحرارية التي خزنتها أجسام السناجب لفصل الشتاء على شكل دهون. لذلك يجب أن يكون هناك سبب لفعلهم ذلك. في الوقت الحالي ، على الرغم من ذلك ، لا أحد يعرف ما هو. يقول درو:"هناك على الأرجح 20 [فكرة] مختلفة حول سبب قيامهم بذلك". ربما يحدث شيء سيء إذا لم تعيد الحيوانات تدفئة. قد يحتاجون إلى التخلص من النفايات أو صنع السكر من الدهون المخزنة.
في الوقت الحالي ، يحاول مختبر درو اكتشاف ما يثير مؤقتًا سبات السناجب. تقول:"إذا فهمنا ما هي الإشارة ، كيف يطلب الجسم منهم الإحماء ، فسنكون قادرين على التلاعب به." لماذا تفعل ذلك؟ وتوضح أنه إذا تمكن العلماء من التحكم في ما إذا كان السنجاب قد أثار أم لا ، فقد يكونون قادرين على معرفة ما الذي يجعل الاستيقاظ الإيقاعي مهمًا للغاية.
الحفاظ على تضخم عظام الدب
السناجب ليست الثدييات الوحيدة التي تستغرق وقتًا مستقطعًا في الشتاء. تقضي الدببة السوداء ستة أشهر من العام "دنينج" - ملتفة بدون أكل أو شرب أو التبول. أوه ، والدببة تطور سدادة شرجية. يطلق عليه اسم tappen ، وهو مصنوع من مادة ليفية صلبة. وما الغرض منه؟ للحفاظ على أي أنبوب ، وأشياء أخرى (مثل ، أم ، الحشرات) أثناء فترة الراحة الطويلة.
عندما تدخل الدببة في السبات ، يمكن أن ينخفض التمثيل الغذائي بنسبة تصل إلى النصف. على عكس السناجب المطحونة ، تحافظ الدببة على درجة حرارة أجسامها عند حوالي 30 درجة مئوية (86 درجة فهرنهايت).
نظرًا لأن الدببة تظل دافئة نسبيًا ، يتساءل بعض العلماء عما إذا كانت الدببة في حالة سبات. بعض ذكور الدببة السوداء لا يزعجهم حتى التنكر في الشتاء. وإذا أزعجها الناس في الشتاء ، فستوقظ الدببة وتتخلى عن عرينها.
ومع ذلك ، لا يشك بارنز في أن يحمل السبات. "يسمنون ويعزلون أنفسهم. إنهم يسقطون عملية التمثيل الغذائي. هذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها الهروب دون تناول الطعام ، "يشرح. وأشار إلى أنها كبيرة جدًا ومعزولة جيدًا ، بحيث يمكنها إبطاء عملية التمثيل الغذائي بما يكفي لتقليل استخدام الطاقة بنسبة 75 في المائة.
لمدة ستة أشهر ، هذه الدببة بالكاد تتحرك. يلاحظ بارنز:"يمكنهم البقاء [مستلقين] لأسابيع في كل مرة". "إنهم يتحركون كل يومين." على سبيل المثال ، قد يتدحرج للراحة على الجانب الآخر. إذا ظل الناس على هذا الحال لأسابيع أو شهور ، فإن عظامهم ستهدر أو ضمورًا (AA- تروه أجر). لكن الدببة تتدفق خارج أوكارها في الربيع ولا شيء أسوأ من ذلك خلال فترة الراحة الطويلة.
كيف يفعلون ذلك؟ قد تبدو العظام صلبة جدًا ، ولكن يتم دائمًا استبدال الأنسجة الموجودة بداخلها. يتم تقسيم العظام القديمة بواسطة ناقضات العظم (OS-tee-oh-klasts) - الخلايا التي يمكن أن تتكسر وتمتص أنسجة العظام. تسمى الخلايا بانيات العظم بناء عظام جديدة.
عندما لا يتحرك الناس لفترات طويلة ، تعمل بانيات العظم ببطء أكثر وتعمل ناقضات العظم بشكل أسرع. هذا يضعف العظام. تقلل الدببة السباتية من العديد من وظائفها الجسدية ، لكن العظام تستحق الحفاظ عليها. الجينات أظهر مختبر بارنز أن الجزيئات التي تتحكم في أفعال الخلية تساعد في تعزيز نشاط بانيات العظم في الدببة السباتية. في الوقت نفسه ، تتباطأ الجينات التي تساعد في تكوين ناقضات العظم. هذا يساعد في الحفاظ على عظام الدب حتى الربيع.
يقول بارنز:"لا نعرف كيف" يستطيع الهيكل العظمي للدب القيام بذلك. لكن فهم هذا قد يساعد العلماء في مكافحة الأمراض التي تصيب الإنسان مثل هشاشة العظام - عندما تضعف العظام وتصبح هشة.
القصة تستمر أسفل الفيديو
المشكلة مع tenrecs
السناجب الأرضية تبرد ولا تتحرك الدببة لأشهر. لكن بالنسبة إلى سبات غريب حقًا ، قابل tenrec أو اثنين.
هذه الثدييات موطنها الأصلي مدغشقر. وصلوا إلى هذه الدولة الجزرية قبالة الساحل الشرقي لأفريقيا منذ ما بين 42 مليون و 25 مليون سنة. بمرور الوقت ، انتشروا وتطوروا إلى 34 نوعًا مختلفًا. واحد وثلاثون منهم بقوا في الجزيرة. هاجر الباقون إلى البر الرئيسي الأفريقي.
"هناك مجموعة كاملة من الاختلافات" بين هذه الحيوانات ، كما يلاحظ فرانك فان بروكيلين. هذا عالم الأحياء يدرس tenrecs في جامعة نيفادا في لاس فيغاس. "البعض يشبه القنافذ - والبعض الآخر مثل الجرذان والفئران وثعالب الماء. يبدو البعض وكأنه مخلوقات فضائية! " تعيش بعض أنواعها في الأشجار. يعيش آخرون على الأرض. حتى أن بعض التينريكس يعيشون بدوام جزئي في الماء. تأتي الأنواع المختلفة من tenrec بأحجام مختلفة. بعض الأنواع أقل من خمسة سنتيمترات (حوالي 2 بوصة) ، والبعض الآخر يقارب ستة أضعاف هذا الحجم.
تتميز هذه الثدييات بخاصية غريبة أخرى:فهي غير مهتمة بشكل غريب بالحفاظ على درجة حرارة أجسامها ثابتة. يحاول جسم الإنسان الحفاظ على درجة حرارته في حدود درجتين من 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت) ، كما تلاحظ ساندي مارتن. تدرس السبات في كلية الطب بجامعة كولورادو في أورورا. على النقيض من ذلك ، تريد Tenrecs درجة حرارة أجسامها حول 32 أو 33 درجة مئوية (89 إلى 91 درجة فهرنهايت). لكن لا يبدو أنهم منزعجون على الإطلاق إذا ارتفعت أو انخفضت بنحو خمس درجات مئوية. إذا فعل الناس الشيء نفسه ، فستتذبذب درجات الحرارة بشكل كبير بين 32 و 42 درجة مئوية (89 و 107 درجة فهرنهايت) ، مما يعرضنا لخطر الموت المستمر.
يمتد هذا الموقف المريح تجاه درجة حرارة الجسم إلى كيفية سبات tenrecs. قد يدخلون في سبات في درجات حرارة الجسم التي تبدو عالية جدًا ، حتى 28 درجة مئوية (82 درجة فهرنهايت). لكنها يمكن أن تكون نشطة أيضًا في درجات حرارة منخفضة تصل إلى 12 درجة مئوية (54 درجة فهرنهايت). عند درجة الحرارة هذه ، سيكون جسم الإنسان ميتًا إكلينيكيًا (على الرغم من أن بعض الأشخاص قد تم إنعاشهم من درجات حرارة أعلى من ذلك ببضع درجات فهرنهايت).
كيف تدير Tenrecs هذا؟ لا أحد يعرف. لكن فان بروكيلين مصمم على معرفة ذلك. لفهم السبات ، يجب على العلماء دراسة حيوانات أكثر من مجرد سناجب الأرض ، كما يجادل. يقول:"إنه نوع من القول إذا كنت تريد دراسة الأداء البشري ، يجب أن تنظر إلى يوسين بولت". سنجاب الأرض القطبية الشمالية هو يوسين بولت من السباتات - أفضل سبات هناك. على النقيض من ذلك ، يشبه فان بروكيلين التينريكس ببعض هوميروس سيمبسون في عالم السبات. "إنهم ليسوا جيدين في ذلك ، لكنه يعمل." من خلال دراسة كيفية سبات tenrecs - وما قد يكون مشتركًا مع السناجب الأرضية - يأمل في معرفة ما الذي يسمح لبعض الثدييات بالسبات.
السبات في السرير وما بعده
قد لا تبدو قدرة سنجاب الأرض أو الدب أو تينريك على السبات أكثر من مجرد نزوة بيولوجية غريبة. لكن هذا الشذوذ قد أعطى هذه الأنواع فوائد ضخمة للبقاء على قيد الحياة - تلك التي يأمل العلماء مثل درو في الاستفادة منها.
عندما ينزلق السنجاب الأرضي في سبات ، فإن أجزاء جسمه تحصل على تدفق دم أقل وأقل. وهذا يعني أن أنسجتها تحصل أيضًا على كمية أقل وأقل من الأكسجين. يتباطأ تدفق الدم إلى دماغ السنجاب بنسبة تصل إلى 99٪. لن تنجو معظم الحيوانات من مثل هذا التدفق المنخفض للدم ، لكن السناجب الأرضية تنجو. من خلال اكتشاف ما يجعلها مرنة للغاية ، يأمل درو أن يكون قادرًا على نقل هذه الجودة إلى الأشخاص.
يبدو أن السناجب تنجو من هذا التدفق المنخفض بالحفاظ على هدوئها. يقول درو:"اعتقد الكثير من الناس أنه شيء مميز في حالة السبات". لكن العلماء تعلموا أن البرودة الكبيرة - المثيرة حقًا - تساعد في حماية السناجب أثناء فترات انخفاض مستويات الأكسجين في الدم.
قد يستفيد الناس ، مثل السناجب ، أيضًا من الاسترخاء. عندما يتوقف تدفق الدم إلى القلب ، يمكن أن يصاب الشخص بنوبة قلبية. هذا هو المكان الذي تتوقف فيه عضلة القلب عن ضخ الدم ، مما يؤدي إلى حرمان بعض الأنسجة من كمية كافية من الأكسجين مما يؤدي إلى موتها. قد ينتهي الأمر بالضحية في غيبوبة. لكن الحفاظ على درجة حرارة جسم هذا المريض أقل من المعتاد أثناء غيبوبته ، بين 32 و 36 درجة مئوية (90 إلى 97 درجة فهرنهايت) ، قد يحسن شفائه. عندما يبرد الأطباء المريض قليلاً ، بهذه الطريقة ، يُطلق عليه انخفاض حرارة الجسم العلاجي .
في مرضى السكتة الدماغية ، ينقطع تدفق الدم عن جزء من الدماغ. يأمل درو أن يساعد تبريد هؤلاء المرضى أيضًا. لكنها تقول إن ذلك "لا يزال في مرحلة البحث".
هناك العديد من الأوقات الأخرى التي ينخفض فيها تدفق الدم إلى القلب والدماغ. في أي وقت يخضع شخص ما لعملية جراحية في القلب أو الدماغ ، كما يقول مارتن ، ينقطع تدفق الدم وقد تعاني الخلايا. قد يساعد تبريد المريض في تجنب المزيد من الضرر.
والمستشفيات ليست المكان الوحيد الذي قد يفيد فيه السبات الناس. يعمل Drew مع فريق في SpaceWorks Enterprises لإيجاد طرق لمساعدة الأشخاص في وضع السبات في الفضاء.
مفتاح السفر إلى الفضاء؟
يقول مارتن عن السبات:"يعتقد الجميع أنها ستكون الطريقة الوحيدة لإيصال البشر إلى الفضاء السحيق".
"مشاكل الحفاظ على البشر في حالة نشاطهم الطبيعية [في الفضاء] ضخمة." سيحتاج المسافرون في الفضاء إلى تناول الطعام والشراب. كانوا يهدرون ويضطرون إلى وضعها في مكان ما. بدون الجاذبية ، سيرى الناس في الفضاء لفترات طويلة من الزمن عظامهم وعضلاتهم تتلاشى. وإذا كانت مجموعة صغيرة من مسافري الفضاء عالقة في أماكن قريبة لأشهر أو حتى سنوات ، فإن مارتن يشعر بالقلق من خطر آخر:الناس يثيرون أعصاب بعضهم البعض!
يقول مارتن إنه إذا كان من الممكن بدلاً من ذلك إقناع رواد الفضاء في السبات ، "فستختفي كل هذه المشكلات". لا يأكل رواد الفضاء أو يشربون أو ينتجون فضلات. إذا استطاعوا إنكار مثل الدببة ، فقد لا يفقدون كتلة العضلات والعظام. لن يزعجوا بعضهم البعض أيضًا.
فكرة السبات أثناء السفر إلى الفضاء هي فكرة رائجة لدرجة أنها تظهر في الأفلام الرائجة مثل Passengers لعام 2016 . ولكن إذا نجح العلماء في دفع رواد الفضاء إلى السبات ، كما يقول مارتن ، فمن المرجح أن يستفيد الأشخاص في الوطن أيضًا.
عندما يتعلق الأمر بتطبيق السبات البشري ، "أجادل بأن الفضاء قد يكون الأقل أهمية" ، كما تقول. لماذا ا؟ قلة منا ستترك الأرض على الإطلاق. ولكن حتى بالنسبة للعمليات الجراحية المنتظمة ، فإنها تعتقد أن إحداث السبات "يمكن أن يكون مفيدًا للغاية لخفض درجة حرارة الجسم ومعدل الأيض ... [والمساعدة] في الطب اليومي."
"بالتأكيد ، في العمليات الجراحية الروتينية قد يكون من المفيد للغاية خفض درجة حرارة الجسم ومعدل الأيض" ، كما تقول. وتشك في أن المرضى الذين يعانون من التبريد قد يكون لهم في المستقبل فوائد عديدة في الطب اليومي.
ولكن هناك مشكلة واحدة كبيرة. "ليس لدينا السر الذي يسمح لي بجعلك في حالة سبات ،" يشير مارتن. ومع ذلك ، مع كل الفوائد التي قد توفرها على الصحة والسفر البشري إلى الفضاء ، سيواصل الباحثون بالتأكيد البحث عن طرق لمنح البشر فرصة السبات أيضًا.
