Кроме того, выявлена система, которая защищает кости впадающего в спячку медведя. Во время исследования бурых медведей было обнаружено существование системы, которая защищает кости этих животных в течение длительного периода спячки. В то же время это исследование является источником вдохновения для создания новых методов лечения людей, которые страдают от потери костных клеток из-за физического бездействия. Ученые под руководством Сета Донахью из Технического университета в Хоутоне, штат Мичиган, изучали развитие костей у медведей вида Ursus americanus (черный медведь, или барибал), у представителей которого не наблюдалось костной потери в период зимней спячки продолжительностью от пяти до семи месяцев. Исследователи сосредоточились на экспрессии пяти генов, имеющих отношение к метаболизму костей медведя. Донахью и его коллеги обнаружили, что образование костей остается равномерным и может даже достичь пика, когда у медведей снова наступает период активности. Изучение также показало, что у медведей не наблюдается ослабевания и утончения костей, возникающих обычно со старением.
Ученые обнаружили, что кальций, присутствующий в телах медведей и составляющий основной компонент костей, подвергался эффективному циклу, благодаря которому кости были защищены. Задача Донахью и его команды заключалась в создании новых методов лечения костей у людей – в процессе сравнивания структуры гормонов, которые связаны с образованием костей у людей и медведей.
Исключительно эффективная система не впервые наблюдается у медведей, впадающих в спячку. В одном из исследований, опубликованных в журнале Nature в 2001 году, изучение медведей того же вида показало, что в период спячки их потери мышечной силы меньше по сравнению с другими животными. Ученые, которые изучали медведей более четырех лет, подсчитали, что в конце пятимесячной спячки медведи теряют всего лишь 23% мышечной силы и около 10–15% протеинов. В отличие от них, люди, которые проводят такое же количество времени в постели, потеряли бы 85% мышечной силы и 90% протеинов.
Эти безупречные системы у медведей также порождают большое количество важных вопросов, на которые нужно ответить. Медведь весит сотни килограммов и остается неподвижным в течение долгих месяцев, при этом кости находятся под давлением большого веса, и к тому же еще больший вес давит на мышцы, состоящие из более мягких тканей в контактирующей с землей области тела.
Обессиленные и обездвиженные пациенты в больницах требуют тщательного ухода. Медсестры переворачивают их в течение дня, при этом вес тела больного распределяется между различными областями. Таким образом предотвращается возникновение болезней. Уход медсестер и докторов за парализованными пациентами строится на принципах системы, которая есть у медведей: костные клетки эффективно используют кальций, а метаболизм медведя позволяет удерживать мышечную потерю на более низких уровнях. Изучение причин такой силы костей медведей может привести к открытию способа лечения остеопороза.
Мышечная потеря неизбежна у людей, которые голодают, и может быть даже фатальной. Желудки голодающих детей вздуваются в результате того, что мышцы в их телах рвутся из-за отсутствия жира и дальнейшего накопления воды. Однако у медведей такого накопления не наблюдается, и они избегают ситуации, которая может привести к смерти.
Тем не менее почему костные и мышечные клетки медведей могут демонстрировать такие сложные образования? Как эти клетки могут регулировать вход и выход кальция из своих мембран таким сознательным образом? Как получается, что медведи не подвергаются риску потерять мышцы, как это наблюдается у голодающих людей, даже если они остаются без еды в течение нескольких месяцев? Конечно же, сознательность, наблюдаемая в клетках, не принадлежит молекулам, которые их составляют. Атомы кислорода, углерода и азота не могут знать, что нужно медведям и, соответственно, не способны планировать. Процесс урегулирования в клетках принадлежит сущности, обладающей превосходным интеллектом. Не может быть сомнений, что это наш Господь, всемогущий Бог, который создал медведей и даровал им метаболизм для поддержки здоровья в течение периода спячки.
По сравнению с остальными своими сородичами белый медведь живет в наиболее суровых атмосферных условиях. При хорошей упитанности он может выдержать холод до –40 °С. Доказано, что беременные и не достигшие половой зрелости самки белого медведя зимой впадают в состояние зимней спячки. Для этой цели они выкапывают в снегу яму и остаются в ней несколько месяцев, пока родившиеся за это время медвежата не подрастут и достаточно не окрепнут и пока не наступит теплая погода. Самцы белого медведя не впадают в состояние гибернации.
Группа ученых под руководством доктора Ральфа Нельсона зимой 1977/78 годов провела в Рочестерской клинике «Майо» в штате Южная Дакота (США) ряд опытов по изучению зимней спячки американского черного медведя барибала. Исследователи ставили себе цель выяснить, каким образом этот вид медведя за время трех-, пятимесячного сна расходует ежедневно до 4 тысяч калорий, не получая пищи и воды и не удаляя отходов из организма.
Исследуя при помощи радиоизотопных методов пробы, взятые из крови и тканей этого медведя, ученые пришли к предположению, что данные свойства животного обусловлены особым гормоном, поступающим еще осенью в его организм из гипоталамуса. Процессы обмена веществ у медведей, находящихся в состоянии гибернации, оказались похожими на метаболические процессы, протекающие в человеческом организме при сухом голодании. Однако было установлено, что организм медведя осуществляет эти процессы значительно более рационально. Голодающий человек расходует для поддержания жизни как жировую, так и мышечную ткани. После длительного голодания человек не только худеет, но и теряет силы. Медведи, наоборот, просыпаясь весной, обладают той же сильной мускулатурой, какая была у них осенью, и не испытывают чувства голода еще две недели. Ученые установили также, что во время зимней спячки обмен белков в пять раз более интенсивен, чем при активном состоянии животного. Для обеспечения такого обмена медведи осенью накапливают запасы белков для зимней спячки, питаясь не менее 12 часов в сутки. Калорийность их дневной нормы необыкновенно велика – достигает 20 тысяч калорий. Сильно повышенный белковый обмен во время зимней спячки предполагает образование многих продуктов отхода. Но в данном случае продукты распада белков появлялись в ничтожных количествах. Почки медведя выделяли всего лишь несколько капель мочи, которые через стенки мочевого пузыря всасывались обратно в кровь. Наряду с этими открытиями еще не установлено, почему в организме медведя не скапливаются ядовитые продукты распада, прежде всего мочевина, которая при активном состоянии животного удаляется с мочой. Независимо от того, что в период зимней спячки температура тела медведей иногда значительно падала, все процессы обмена веществ протекали нормально. Кроме того, удалось выяснить, что при температуре воздуха в помещении –8 °С на поверхности кожи медведя поддерживалась температура +35 °С, в прямой кишке – +22 °С, в полости рта – +35 °С (при +38 °С в активном состоянии). Однако частота сердечных сокращений и ритм дыхания значительно снижались.
Интерес к уникальным данным о гибернации медведей обусловлен поисками современной медицинской науки. Зимняя спячка черного медведя может послужить моделью для подбора диеты при хронической почечной недостаточности. В организме животного, впадающего в зимнюю спячку, отсутствуют обычные конечные продукты распада белка, а концентрация в крови аминокислот, белка, щелочных солей и т. п. остается неизменной на протяжении всей зимы. Кроме того, азот не накапливается в брюшной полости. Поэтому, если ученым удастся получить в чистом виде вещество (предположительно гормон), поступающее в организм из гипоталамуса медведей, с помощью которого регулируются жизненные процессы во время зимней спячки, то они смогут успешно лечить людей, страдающих заболеванием почек. Если замедлить распад белков, то образование мочевины сократится и таким образом можно будет защитить организм больного человека от излишка этого отравляющего вещества. Если удастся выделить этот предполагаемый гормон, то появится надежда создать на его основе препараты для лечения ряда болезней (хронических заболеваний почек, бессонницы, ожирения и др.). Если бы мы научились впадать в спячку при неблагоприятных условиях, как медведи, мы бы смогли жить несколько сотен лет. Раскрытие тайны медведей может заинтересовать и специалистов космической медицины с точки зрения будущих сверхдальних космических полетов. Этот интерес обусловливается тем фактом, что медведи спят три-пять месяцев в году, и подобный процесс может быть вызван у космонавтов, что даст возможность сэкономить запасы продуктов питания, которые нельзя взять в космический корабль в необходимых количествах.
