На первый взгляд, эта научная идея кажется несбыточной. И все же энтузиасты верят, что в будущем космонавты, отправляясь в путешествие к далеким планетам, станут на много месяцев погружаться в сон. Так совершали перелеты, например, герои фильма Чужой . В принципе, в этом нет ничего фантастического. Ведь спят же всю зиму медведи! Подобная спячка — лишь специфическая форма обмена веществ, и, возможно, любое млекопитающее способно в нее впасть. Почему бы и нам, в самом деле, не закрыть глаза месяцев на… дцать, чтобы проснуться… уже на другой планете?
Утро фобии мудренее
Мы привыкли к вестям с орбиты — к экспедициям на космическую станцию, длящимся несколько месяцев. Привыкли к заявлениям ученых и политиков, уверенных, что в ближайшие десятилетия состоится экспедиция на Марс.
Однако флер привычки затеняет условия предстоящего полета. Лишь почти через семь месяцев после старта космический корабль достигнет красной планеты . Всего же экспедиция на Марс может продлиться до трех лет. Столь долгое пребывание в космосе превращается для человека в пытку, как физическую, так и психическую.
По мере полета к красной планете атмосфера корабля пропитается нервозностью, накалится от нарастающих стрессов. Марс нас не любит , чувство одиночества, тоска, помноженная на страх, предощущение катастрофы, затаенные, подавленные прежней деятельной жизнью личные проблемы, потихоньку выбирающиеся из-под спуда. В классических произведениях фантастов главным препятствием на пути к далеким планетам становится сам человек — его воспоминания, фобии, страхи и страсти. Даже покинув Землю, преодолев ее тяготение, никому не удается избавиться от земных тягот — и справиться с ними порой не легче, чем с враждебным климатом чужого мира. Призраки прошлого и впредь будут преследовать покорителей космоса, как героев Соляриса , испытывая психику отдельных, отнюдь не железных людей на излом.
Человек, а не техника — вот слабое звено в космонавтике. В невесомости мышцы недостаточно нагружаются. Опыт проживания на космических станциях свидетельствует, что даже при интенсивных тренировках не удается сохранить прежний объем мускулатуры. После нескольких недель пребывания в космосе физически крепкий человек, ступая на землю, чувствует себя, словно пьяный, — ноги его подкашиваются, его пошатывает из стороны в сторону.
Есть и другие опасности, которые мало известны широкой публике. Например, содержание вирусов Эпштейна-Барр, вызывающих мононуклеоз, в организме космонавтов примерно в сорок раз выше обычных показателей. Подобный вирус проявляет активность в стрессовых ситуациях и для космонавтов может стать настоящей проблемой.
Различные условно патогенные бактерии и грибы давно облюбовали все уголки космических аппаратов, сопровождая космонавтов (см. 3-С , №3/2002). Микробы чувствуют себя в невесомости совершенно вольготно. Зато для ослабленной иммунной системы человека они начинают представлять настоящую угрозу.
Что же будет, когда человек проведет в космосе несколько лет? Все части его организма, тонко согласованные и настроенные за долгие годы жизни на Земле, приспособленные к нашей планете, как части поезда — к колее, постепенно развинтятся, расстроятся, грозя скорым крахом отвыкшему от нагрузок человеку.
Неужели Космос так и окажется для нас чем-то сродни Океану, в глубины которого можно лишь ненадолго забираться в хорошо защищенном аппарате, но не жить в них? В старинных волшебных сказках, когда герои теряли из виду нить дороги или, подыскивая ответ загадке, всякий раз не разрешали ее, мелькал спасительный совет: Утро вечера мудренее , и персонажи повествования скрывались во тьме сна, чтобы поутру, как Солнце — из царства мертвых, явиться на свет крепкими и цветущими, своротить горы, покорить тридевять земель…
Медведи-шатуны учат спать мышек
Уже между Марсом и Землей те же тридевять мер расстояния, и тот же совет все чаще поверяют лабораторными опытами ученые, прежде чем подать космонавтам. И хотят его подать: Утро на Марсе мудренее вечера на Земле, а между ними — шесть месяцев спячки, в которые почему бы не впасть, как медведю или сурку, млекопитающему по имени человек?
Бионика, долго учившая нас строить по заветам животных и растений, теперь пытается переделать даже физиологию человека — зверя, который лишь будучи ослаблен болезнью, сподобится пролежать в беспамятстве более суток кряду. Здесь же здорового крепыша хотят заставить спать несколько месяцев подряд, вмешиваясь в регуляцию химических веществ в его организме и умышленно вызывая длительный обморок, после которого пейзажи, например, пустынного Байконура и марсианской красной пустыни будут чередоваться с калейдоскопической быстротой. Неотвратимый сон, смежая веки космонавтов, сделает путешествия с одной планеты на другую рядовым, коротким эпизодом вроде поездки в метро. Научившись резко сокращать обмен веществ, мы будем блуждать по космосу с широко закрытыми глазами, и наша космическая одиссея-2101 напомнит долгое исчезновение в снах с тем, чтобы по пробуждении увидеть пейзаж сказочнее любых фантазий.
Подобная идея понравится не только странствующим сновидцам, но и предельно трезвым конструкторам. Чем дольше космонавты спят во время полета, тем меньше им требуется пищи. Понижается и уровень потребления кислорода. Так что, можно разгрузить корабль перед стартом, уменьшить его габариты, а заодно и снизить стоимость экспедиции.
Сон — еще и самый экономичный вид путешествий. Но может ли человек впрямь превратиться в сурка? По словам биологов, нет никаких принципиальных возражений против того, чтобы мы впадали в зимнюю спячку. Будь это так, в этом не было бы ничего противоестественного .
И, в самом деле, порой кажется что осенью мы словно готовимся к спячке — к долгому покою и бездействию. Мы становимся вялыми и апатичными, по бокам откладывается жирок — будто мы и впрямь собрались нырнуть в берлогу, откуда без этого спасательного круга нам по весне не выплыть. Как хочется залечь где-нибудь и спать, спать, переждать эти холода, эти долгие сумеречные месяцы! Но об этом можно только грезить… Вот, хмурые и депрессивные, мы, как медведи-шатуны, все едем куда-то в набитых трамваях, променяв благую берлогу со сказочными снами на бестолочь неинтересной работы. Нам явно недостает какого-то сигнала, в ответ на который мы мгновенно отключились бы, едва в воздухе замелькают белые мухи.
В природе спячка — это жизнь в режиме крайней экономии, это подобие смерти, призванное помочь выжить. С незапамятных времен животные борются за свою жизнь недеянием — впадая в сон с наступлением холодов. Чем труднее добывать питательные вещества, тем бережливее организм старается их использовать — организм многих животных, населяющих территории с суровым климатом. Многих — но не человека, некогда обитателя Африки, расселившегося по всему свету (см. 3-С , №7/2006).
Порой температура тела животных, впавших в спячку, снижается всего до нескольких градусов выше нуля, пульс падает до 3-4 ударов в минуту, а потребление кислорода сокращается в 50 раз по сравнению с обычным состоянием. Меняется даже форма некоторых внутренних органов. Так, печень и почки сурков уменьшаются во время спячки на 30%, а объем желудка становится меньше наполовину. Это позволяет животным снизить потребность в энергии во время спячки примерно на 20%.
Десятилетиями ученые исследуют физиологическую подоплеку зимней спячки, но пока по-прежнему не ясно, что же за сигнал запускает этот механизм. Очевидно, речь идет о неких химических веществах. Вот некоторые наблюдения.
• В Сиэтле, в онкологическом центре, Эрик Блэкстоун и его коллеги научились всего за пять минут вызывать искусственную спячку у лабораторных мышей. Для этого они обогащают воздух, которым дышат грызуны, сероводородом — он блокирует часть кислородных рецепторов в организме зверьков, вдвое снижая потребление кислорода. Обмен веществ замедляется, а температура тела падает. Однако стоит отключить подачу газа, как мыши, бодро попискивая, просыпаются. Блэкстоун убежден, что подобная система рецепторов имеется и в организме человека.
• Профессор Питер Элтджен из Кентуккского университета полагается на коктейль из белков и гормонов, замедляющих обмен веществ. Важным компонентом его зимнего снотворного является белок HIT (Hibernation Induction Trigger). Эффект, производимый им, впечатляет. Когда Элтджен вводил его резус-макакам, температура их тела на несколько часов понижалась на 2,6 градуса, а пульс замедлялся на 45%. В течение недели у обезьян не было аппетита. Позднее Элтджен предположил, что этот белок мог бы подолгу поддерживать в жизнеспособном состоянии органы, изъятые для трансплантации. В новом эксперименте он ввел белок HIT в сердце, легкие, печень и почки, извлеченные из тела собаки, и, поместив их в специальную жидкость, убедился, что они годны для пересадки даже спустя 45 часов, в то время как обычно отмирают уже через 24 часа.
Удалось получить синтетический аналог этого белка, названный DADLE (D-Leu-Enkephalin). Это соединение замедляет обмен веществ в человеческих клетках и процессы деления клеток. Его также можно использовать для консервации донорских органов. Суслики, которым вводили DADLE, засыпали даже летом.
Память как рукой сняло
С точки зрения медиков, длительный сон очень полезен для человеческого организма, особенно ослабленного. Умение впадать в спячку пригодится не только единицам, отобранным по здоровью для далеких полетов, но и миллионам, отмеченным болезнью. Многодневный сон может оказаться спасением. Сон позволяет замедлить сердцебиение и снизить кровопотерю после тяжелого ранения, уменьшить риск отторжения только что пересаженных органов. Не случайно, в подобных исследованиях принимают участие не только представители космических ведомств — НАСА и ЕКА, но и военные медики.
Впрочем, путь к успеху пока так же далек, как дорога к другим планетам, а любые победы на этом пути больше напоминают поражения. Важно не только усыпить будущих покорителей космоса, но и сохранить им здоровье и жизнь. Многодневный сон может и не оказаться спасением. Венец природы хрустально хрупок, а его организм очень сложен. Насколько опасна для человека и, главное, его мозга подобная искусственная кома, ведь, может, не случайно природа оградила нас от того, чем испытывает каждую осень каких-нибудь черепах? Каким восстанет человек от сна, если сознание не возвращалось к нему несколько месяцев?
Не в пример многим соням, — например, лягушкам и змеям, — человек должен сохранять температуру тела постоянной, засыпая на полгода вперед. Температура не должна упасть даже на пять градусов, как то бывает у летучих мышей и сурков. Иначе кровеносные сосуды сужаются, начинается дрожь, человек испытывает сильнейший озноб. Если эти отчаянные сигналы не срабатывают, наступает коллапс. При понижении температуры тела на несколько градусов уже через трое-четверо суток происходят необратимые повреждения некоторых органов тела, нарушается сознание, отказывают почки. Космический корабль превращается в судно из мрачных античных фантазий — ладью Харона.
Еще один побочный эффект — потеря памяти. Профессор Ева Миллези из Венского университета наблюдала этот эффект в опытах с сусликами. Летом она приучила дюжину сусликов выбираться из лабиринта, в конце которого их ждали семечки подсолнечника. Осенью Миллези поместила половину зверьков в климатическую камеру, где было всего шесть градусов тепла, — суслики заснули, как бывает с приближением зимних холодов. Апартаменты остальных зверьков обогревались — и им не довелось поспать хоть пару месяцев. По весне животных вновь выпустили в лабиринт. Зимние бодряки побежали за семечками. Выспавшиеся путаники бесцельно гуляли по лабиринту — память их как рукой сняло.
Очевидно, низкие температуры действуют на мозг, подобно яду, вызывая массовую гибель клеток — особенно в области гиппокампа, отвечающего за работу памяти. Восемь дней непрерывного сна — и суслик превращается в маразматика, расставаясь со своим вчера и не понимая свое сегодня. От необратимого разрушения мозга тех же сусликов спасает умение вовремя проснуться. Каждые 5-20 дней зверьки вытаращивают глаза и начинают ошалело бродить, понемногу приходя в себя. Как выяснилось, большую часть запасов жира они тратят на то, чтобы от случая к случаю просыпаться.
Сеньор Барибал после сиесты
Итак, чтобы избежать провалов в памяти, нужно поддерживать температуру спящего человека на одном и том же нормальном для него уровне. Но разве такое возможно? Давно считалось, что животные впадают в зимнюю спячку, когда их организм переохладится. Обмен веществ замедляется, и это дает силы дотянуть до теплого времени года. Однако выяснилось, что все происходит с точностью до наоборот. Животное засыпает, обмен веществ замедляется, а потом остывает тело. И все же температура падает не всегда.
На западном побережье Мадагаскара встречаются жирнохвостые лемуры-маки — единственные приматы, впадающие в спячку. В сезон засухи эти зверьки, весящие всего 130 граммов, прячутся в норках и месяцев по семь спят, причем температура их тела практически не меняется.
Пример маки убеждает, что спячка — это особая форма обмена веществ, которая может быть присуща любому млекопитающему, в том числе человеку. Вообще говоря, всем нам знакомо такое состояние — мы пережили нечто похожее в материнском чреве в бытность свою зародышами, — поясняет Доминик Зингер из Вюрцбургского университета. — Температура околоплодных вод неизменна — около 37о. Эмбрион может не заботиться о регуляции температуры. Это позволяет ему экономить энергию. Зато, когда ребенок появится на свет, ему самому придется регулировать температуру и уровень его метаболизма удвоится .
Если бы космонавт — подобно человеческому зародышу, — научился сокращать обмен веществ вдвое, то вместо обычных 15 вдохов в минуту делал бы всего семь. Пульс мог бы снизиться до 40 ударов в минуту. Уменьшилось бы потребление пищи и воды. Организм экономно расходовал бы собственные ресурсы.
И, может быть, задаются вопросом ученые, если мы заставим организм работать в замедленном ритме, нам удастся продлить ему жизнь? К примеру, возьмем грызуна, весящего 30 граммов и не впадающего в спячку, — говорит Герхард Хельдмайер, председатель Международного общества исследователей зимней спячки, — его ожидаемая продолжительность жизни составляет в среднем два года. А вот летучая мышь, которая весит столько же, но всю зиму проводит в спячке, проживет намного дольше — пять-шесть лет .
Мы привычно твердим, что человек не может жить без сна, но оказывается, что многие животные скоренько умирут, если не будут впадать в зимнюю спячку. Напрашивается вывод: если бы человек мог спать по нескольку месяцев кряду, то его тело, освежаемое сном, словно погружалось бы в молодильную воду. Время сна, как грязное время в хоккейной игре, не засчитывалось бы в срок нашей жизни — и оттого он растягивался бы, захватывая лишние годы и, может быть, десятилетия?
Но вернемся к космонавтам. Вот еще одна проблема. Весь опыт медиков показывает, что длительный постельный режим вреден: мышцы, подолгу лишенные нагрузки, теряют силу. Проведя несколько месяцев в спальном мешке, космонавт, чего доброго, выберется оттуда беспомощным, как ребенок.
Однако и здесь полезны наблюдения за животными. Американский черный медведь (барибал), проведя в берлоге полгода, с ноября по апрель, выбирается оттуда бодрым и энергичным, словно испанский сеньор после сиесты. Если бы человек пролежал недвижимым, сколько и барибал, он бы потерял до 90% своей мышечной массы, медведь же — лишь четверть.
Его секрет можно описать одним словом: рециклинг. Во время спячки медведь не выделяет мочу, и его организм использует содержащийся в ней азот для образования новых белков и мышечной ткани. Это воздержание помогает также сохранить в организме кальций — он идет на образование новых клеток костной ткани. А вот у космонавтов в невесомости каждый месяц плотность костей уменьшается. А еще медведь умеет делать то, о чем многие из нас только мечтают: он занимается фитнесом — тренирует мышцы — во сне. Необычная система тренировки зовется… ознобом . Четыре раза в сутки спящего медведя охватывает сильная дрожь: это помогает ему не только согреться, но и поддержать мышцы в тонусе. Спящих космонавтов тоже можно заставить дрожать во сне, раздражая их мышцы электрическими импульсами.
Если бы мы научились, засыпая, замедлять обмен веществ, наращивать мышцы и защищать кости скелета от вымывания кальция, то, возможно, и впрямь лучше всего путешествовать по космосу было бы во сне. Бортовые компьютеры следили бы за здоровьем космонавтов во время полета, вмешиваясь в случае опасности. Так когда же придет пора подавать сигнал Отбой , то есть Старт ?
В фильме Ридли Скотта Чужой астронавты годами спят, как сурки, а когда корабль совершает посадку, вскакивают с кроватей и, полные сил, принимаются за работу. Если верить ученым, подобные сцены станут реальностью уже к середине нынешнего века.
• Эрик Блэкстоун уверен, что в ближайшие пять лет будут проведены первые опыты на добровольцах. Если прежде их помещали в какой-нибудь подземный бункер, месяцами следя затем, как течет их время и меняется их поведение, то впредь им не придется слоняться по комнатам без цели — только прилягут и полгода пройдет.
• Однако руководители ЕКА сдержаннее в прогнозах. По их мнению, пройдет двадцать лет, прежде чем начнется подобный эксперимент. В одном лишь ученые едины: свой первый полет на Марс космонавты наверняка проспят. Что ж, марсианское утро мудренее банального вечера на Земле…
Источник: Знание — Сила
http://www.inauka.ru