Aylarla beynini “söndürən” və ölməyən canlı

İnsan beynini cəmi bir neçə dərəcə soyutmaq kifayətdir ki, neyronlar qısa müddətdə fəaliyyətini itirməyə başlasın. Oksigen səviyyəsi hətta bir-iki dəqiqə kifayət qədər aşağı düşsə, hüceyrələr ölür. Bədən temperaturu donma nöqtəsinə endikdə isə beyində elektrik fəaliyyəti tamamilə dayanır. Bununla belə, Arktika torpaq dələsi (Urocitellus parryii) hər qış qəsdən beyninin temperaturunun 0°C-dən aşağı düşməsinə imkan verir.

O, beyinə gedən qan axınını minimuma endirir və həftələrlə bu vəziyyətdə qalır. Yaz gələndə isə sanki heç nə olmayıbmış kimi oyanır: yaddaşı qorunub saxlanır, beynində isə heç bir aşkarlanan zədələnmə olmur, Forbes yazır. Bu məməli planetdə ən ekstremal qış yuxusu strategiyalarından birini formalaşdırıb: beynin geri dönən şəkildə “söndürülməsi”.

Arktik torpaq dələsinin ekstremal qış strategiyası

Arktik torpaq dələləri Alyaska və Şimali Kanadada yaşayır; burada qış səkkiz aya qədər uzana, hava temperaturu isə tez-tez −30°C-dən aşağı düşə bilər. Yaxşı izolyasiya olunmuş yuvalarda qış yuxusuna gedən bir çox heyvandan fərqli olaraq, bu dələlər donmuş torpağın təsirinə daha çox məruz qalırlar.
American Journal of Physiology jurnalında təsvir edildiyi kimi, qış yuxusu zamanı onların bədən temperaturu −2,9°C-yə qədər enə bilir ki, bu da bu günə qədər məməlilərdə qeydə alınmış ən aşağı göstəricidir. Bundan az sonra ürək döyüntüsü dəqiqədə təxminən 200 vuruşdan 10-dan aşağı düşür. Nəfəsalma demək olar ki, dayanır, beyin fəaliyyəti isə güclə sezilir. Buna baxmayaraq, möcüzəvi şəkildə beyin ölmür.

Hüceyrə səviyyəsində dələnin beyni “torpor” (donuq hal) adlanan vəziyyətə keçir və bu zaman:

neyronların fəaliyyəti kütləvi şəkildə azalır (impulslaşma zəifləyir); sinaptik ötürülmə yatırılır; enerji sərfiyyatı normal səviyyənin 5%-indən də aşağı düşür.

Vacib məqam odur ki, neyronların bu fəaliyyətsizliyi təsadüfi deyil. Torpor fazası dələyə ion kanallarının aktivliyini boğmağa, qlutamatın ifrazını azaltmağa və hüceyrə membranlarını sabitləşdirməyə imkan verir. Nəticədə, adətən insanlarda oksigen çatışmazlığı və ya həddindən artıq soyuma zamanı neyronları məhv edən eksaytotoksiklik prosesi tamamilə qarşısı alınır. Sadə desək, arktik torpaq dələsi beynini “enerjiyə qənaət rejimi”nə keçirir.

Dələ oksigensiz necə sağ qalır?

Arktik torpaq dələsinin qış yuxusunun ən heyrətamiz xüsusiyyətlərindən biri beyninin işemiyaya (qan və oksigen çatışmazlığına) necə dözümlü olmasıdır. Stroke jurnalında 2006-cı ildə dərc olunmuş tədqiqata görə, insanda hətta qısamüddətli işemiya belə kalsiumun hüceyrələrə axınına, mitoxondrilərin sıradan çıxmasına və hüceyrə ölümünə səbəb ola bilər. Lakin təəccüblüdür ki, arktik torpaq dələsinin neyronları bu dağıdıcı zəncirvari prosesə müqavimət göstərə bilir.

Araşdırmada qeyd olunur ki, torpor zamanı onların beyin hüceyrələri mitoxondrilərin bütövlüyünü qoruyur və oksidləşdirici stresdən yayınır. Zərərli sərbəst radikalları boğan metabolik reaksiyaları kataliz edən antioksidant mexanizmlər aktivləşir. Sadə dillə desək, bu qabiliyyəti qabaqlayıcı hüceyrə “mühəndisliyi” ilə müqayisə etmək olar.

Bəlkə də ən qeyri-adi kəşf sinapslarla bağlıdır. Dərin torpor zamanı dələnin beynində sinaptik əlaqələr qismən “sökülür”: dendrit tikanları geri çəkilir və neyronlararası əlaqə kəskin azalır.
Əksər heyvanlar üçün bu, tibbi fəlakət olardı, çünki sinapsların itirilməsi neyrodegenerativ xəstəliklər və idrak qabiliyyətlərinin zəifləməsi ilə sıx bağlıdır. Lakin arktik torpaq dələsi üçün bu, geri dönən prosesdir: o, qısa oyanma fazaları zamanı vaxtaşırı isinərək sinapsları sürətlə bərpa edir. Bu da o deməkdir ki, yazda yuvasından çıxanadək heyvanın neyron arxitekturası funksional baxımdan normal olur.

Donmadan yaranan zədələrdən necə yayınırlar

Məməlilərdə qış yuxusu fasiləsiz proses deyil və arktik torpaq dələsi də istisna deyil. O, bir neçə həftədən bir qısa müddətə (bir sutkadan az) normal bədən temperaturuna qədər isinib oyanır. Bu oyanmalar energetik baxımdan çox “bahalıdır”: qış boyu sərf olunan enerjinin böyük hissəsi məhz buna gedir.

Bəs bu qədər baha başa gəlirsə, niyə ümumiyyətlə bu dövri isinmələr lazımdır? Journal of Comparative Physiology jurnalında 2009-cu ildə dərc olunan araşdırmaya görə, bu, beynin “texniki xidməti” üçün vacibdir. İsinmə DNT-nin bərpasına, zülalların funksiyalarının yenidən işə düşməsinə və neyromediator sistemlərinin tarazlanmasına imkan verir. Torpor zədələnmələri sanki pauzaya alır, dövri oyanmalar isə yığılıb qalmış xırda “nasazlıqları” aradan qaldırmağa kömək edir.

Əksər digər heyvanlarda bədən temperaturunun 0°C-dən aşağı düşməsi hüceyrələri cıran buz kristallarının əmələ gəlməsinə səbəb olardı. Science jurnalında dərc olunmuş pioner tədqiqat göstərir ki, arktik torpaq dələləri bunu iki mexanizm vasitəsilə önləyir: mayelərin supersoyudulması (donmadan aşağı temperaturda maye qalması) və periferik toxumalarda buzun nəzarətli şəkildə formalaşdırılması.
Maraqlıdır ki, bu mexanizm beyində buzun əmələ gəlməsini tamamilə qarşısını alır. Xüsusi zülallar, membranların dəyişmiş tərkibi və hüceyrədənkənar mayenin kimyasına dəqiq nəzarət neyronları 0°C-dən aşağı temperaturda belə maye vəziyyətdə saxlayır. Qeyd edək ki, bu səviyyədə nəzarət məməlilər arasında son dərəcə nadirdir və daha çox şaxtaya davamlı amfibiya və sürünənlərdə müşahidə olunan strategiyalara bənzəyir.

Bu niyə yalnız dələlər üçün deyil, bizim üçün də vacibdir

Arktik torpaq dələləri neyroproteksiya üzrə tədqiqatlarda model obyektə çevrilib. Onların beyninin hipotermiya və işemiyaya necə dözdüyünü anlamaq artıq insultun, ürəyin dayanmasının və kəllə-beyin travmalarının müalicəsi üçün yeni metodların işlənib hazırlanmasına təsir göstərib. İnsanları torpora bənzər vəziyyətə salmaq ideyası xüsusən təcili tibbdə və uzunmüddətli kosmik uçuşlar kontekstində aktiv tədqiqat mövzusudur.

Dələ göstərir ki, məməlilərin beyni düşündüyümüz qədər kövrək deyil. Doğru molekulyar şəraitdə o, əvvəllər qeyri-mümkün hesab etdiyimiz ekstremal yüklənmələrə tab gətirə bilir.

Bu qabiliyyət təsadüfən yaranmayıb: arktik torpaq dələləri sərt seleksiya təzyiqi altında təkamül keçirib və qışı sağ çıxara bilməmək nəsli kəsilmə demək idi. Onlar soyuqdan qaçmaq əvəzinə, ona ən dərin bioloji səviyyədə uyğunlaşıblar. Nəticədə beyin geri dönən şəkildə “söndürülə bilən” çevik bir sistemə çevrilib.

Təkamül biologiyası baxımından bu, bizə xatırladır: intellekt və sağ qalma hər zaman fasiləsiz neyron fəaliyyəti tələb etmir. Bəzən ən ağıllı strategiya – nə vaxt tam istirahət rejiminə keçmək lazım olduğunu bilməkdir.