A Greifswaldi Egyetem biofizikusai és biokémikusai a denevérek vérének tanulmányozásával új ismereteket szereztek arról, hogyan válhat lehetővé az emberi hibernáció az űrutazások során. A kutatást a Proceedings of the National Academy of Sciences című folyóiratban tették közzé a közelmúltban.
Emberi hibernáció az űrben
A természetben számos állat téli álmot alszik, hogy elkerülje az olyan kedvezőtlen körülményeket, mint az alacsony hőmérséklet és az ezekkel járó táplálékhiány. A hibernációs állapot lehetővé teszi az energiafelhasználás minimalizálását, és megóvja az élőlényt, amíg a környezet feltételei és a táplálékellátás újra kedvezővé nem válnak.
Ez az állapot azonban sokkal összetettebb, mint egyszerűen csak alvásba merülni. A hibernáció során a szervezetnek meg kell birkóznia különféle stresszorokkal, például a salakanyagok hosszú távú felhalmozódásával és az alacsony hőmérsékleten zajló vérkeringéssel. Míg sok állat a természetes környezetében bekövetkező elkerülhetetlen változásokhoz alkalmazkodva lép hibernációs állapotba, az emberek számára ez a folyamat a jövő kihívásainak, például az űrutazás során tapasztalt idegen körülményeknek a leküzdésére nyithat új lehetőségeket.
Az emberi sztázis, amelyet régóta a tudományos-fantasztikus művek kedvelt témájaként ismerünk, kulcsszerepet játszhat a jövő űrutazásaiban. Ez a technológia lehetővé tenné, hogy az űrhajósok évekig tartó missziókat hajtsanak végre. Például a Mars elérése jelenleg kilenc hónapos utazást jelentene, míg a Szaturnusz Titán nevű holdjához való eljutás legalább kétéves, egyirányú utat igényelne.
Ezeket a kihívásokat szem előtt tartva a Griefswaldban dolgozó kutatócsoport legutóbbi előrelépései az ember mesterséges hibernációjának előidézésében ígéretes utat mutatnak az űrutazás jövője felé.
Denevérvér és az emberek
A greifswaldi kutatócsoport egy átfogó, négyes megközelítésben vizsgálta három különböző faj vérét, és megfogalmazta egy negyedik típus, a hipotetikus hibernált emberi vér tulajdonságainak lehetséges modelljét. A kutatásban a téli álmot alvó noktuszdenevért (Nyctalus noctula), a nem hibernáló egyiptomi gyümölcsdenevért (Rousettus aegyptiacus), valamint a modern embert (Homo sapiens) vizsgálták.
A módszertan részeként a kutatók összehasonlították egy téli álmot alvó denevérfaj vérét egy nem hibernáló denevérével, hogy feltárják azokat a jellemzőket, amelyek a vért alkalmassá teszik a hibernációs állapot fenntartására. Ezt követően a denevérek vérét az ember vérével vetették össze, hogy azonosítsák az eltéréseket és azokat a különleges, hibernációt elősegítő tulajdonságokat, amelyek az emberi vérből hiányoznak.
A kutatás fő fókuszában a vörösvértestek (RBC-k) álltak, amelyek az emberi és a denevérvér legnagyobb hányadát alkotják. A vörösvértestek a vér térfogatának mintegy 45%-át teszik ki, és alapvetően meghatározzák a véráramlás hatékonyságát. A vizsgálatok részletesebben a vörösvértestek alakváltoztatási képességére irányultak, mivel ez a tulajdonság közvetlen hatással van a vér viszkozitására és arra, hogy a vér képes-e apró kapillárisokon átáramolni, amelyek átmérője gyakran kisebb, mint maguknak a vörösvértesteknek.
Annak ellenére, hogy a véráramlás fontosságát jól ismerik a túlélés szempontjából, és hogy számos vörösvértest-tényező játszik szerepet ebben a folyamatban, az állatok alacsony hőmérsékleten zajló véráramlási mechanizmusairól, például a téli álomban lévő élőlények esetében, továbbra is korlátozottak a kutatási eredmények.
Hidegvérrel…
A kutatócsoport 37, 23 és 10 Celsius-fokra hűtötte a vérmintákat, hogy különböző hőmérsékleti körülmények között vizsgálják a vér viselkedését, amelyek valószínűleg előfordulhatnak az állati testekben. A 37 °C a denevérek és az emberek aktív maghőmérsékletét tükrözi, a 23 °C az emberi végtagok által elérhető alacsonyabb hőmérsékleteket szimulálja, míg a 10 °C a téli álmot alvó denevérek testhőmérsékletének mélypontját jelenti.
A griefswaldi kutatók dinamikus, valós idejű deformálhatósági citometriát alkalmaztak, hogy különböző hőmérsékleteken mérjék a vér viszkozitását és a sejtek merevségét. A vizsgálatok során kiderült, hogy mindkét denevérfaj vörösvérsejtjei jelentősen kisebbek, mint az embereké. Ugyanakkor az emberi vörösvérsejtek potenciálisan elérhetik az alacsony hőmérsékleten megfigyelhető rugalmasságot és viszkozitást, amely a hibernáló denevérek vérére jellemző. Ez a felfedezés különösen fontos, mert azt sugallja, hogy az emberek számára is biztonságosan kiváltható lehet az orvosilag irányított hibernációs állapot.
Egy jelentős különbséget azonban azonosítottak: az emberi vörösvérsejtek sokkal lassabban regenerálódnak az alacsony hőmérsékletű állapotokból, mint a denevéreké. Ez ugyan kihívást jelenthet, de más nagytestű emlősök, például a medvék példája reményt adhat. A medvék ugyanis magasabb hőmérsékleten (20 °C körül) vészelik át téli álmukat, ami jelentősen csökkentheti az emberek számára a rendkívül alacsony hőmérsékletekkel járó nehézségeket.
Az űrbeli hibernáció felé vezető munka
A hibernáció előnyei kétségtelenek. A tudósok becslései szerint már 1 °C-os maghőmérséklet-csökkenés is az anyagcsere-energia körülbelül 6%-ának megtakarítását eredményezheti. Az ember így nemcsak az űrutazás hosszú távú pszichológiai terheitől mentesülhetne részben, hanem jelentősen kevesebb táplálékra és erőforrásra is lenne szüksége.
A kutatócsoport következő célja annak megértése, hogy az emberi test viszkoelasztikus reakcióit hogyan lehetne közelebb hozni a denevérekéhez. Az antioxidánsokban rejlik a kutatások egyik lehetséges iránya, mivel ezek hatékony kiindulópontot jelenthetnek a hibernációs képességek fejlesztésében. További vizsgálatokra lesz szükség ahhoz, hogy a tudósok pontosan meghatározzák, az ember biztonságosan képes-e belépni egy olyan hibernált állapotba, amely lehetővé tenné a hosszú távú űrutazást, és ezzel új lehetőségeket nyitna meg a kozmosz felfedezésében.
A „Thermomechanical Properties of Bat and Human Red Blood Cells – Implications for Hibernation” című tanulmány 2024. október 14-én jelent meg a Proceedings of the National Academy of Sciences című folyóiratban.
Ez a cikk is érdekelhet: Az emberek is képesek megtanulni az echolokációt, ráadásul meglepően egyszerűen
