Chlupatost, tlustost... hibernace? Všechny techniky našeho těla odolávat chladu
Zima vždy skončí... A letos se kvůli energetické krizi naše interiéry omezí na rozumných 19 stupňů Celsia. Začalo se tedy vybalování tlustých svetrů, měkkých ponožek a dalších rukavic... Protože zima je nepříjemná – ale to je ta nejmenší chyba.
Především chlad je skutečnou hrozbou pro naše tělo. Naše životně důležité orgány potřebují k optimálnímu fungování teplotu 36,8 °C (přesně). Příliš chladná atmosféra a mohou se jednoduše zastavit. Studie provedená v 18 francouzských městech mezi lety 2000 a 2010 ukázaly, že počet úmrtí v důsledku nachlazení byl třikrát vyšší než v důsledku horka.
Náš druh však není proti mrazu zcela bezmocný. Jaké jsou její strategie tváří v tvář mrazivým teplotám? A proč se neuložíme k zimnímu spánku, abychom přečkali zimu jako ostatní savci?
Technika vnitřního kotle
Savci a ptáci jsou endotermy, tedy "teplokrevné" tvory. Průměrná tělesná teplota prvního se pohybuje mezi 36 a 39,5 °C, zatímco u druhého může dosáhnout 42 stupňů. Vlastnosti, které jsou výsledkem dlouhého vývoje.
Přibližně před 200 miliony let se zvířata, která přežila zničující takzvané masové vymírání v permu a triasu, musela znovu adaptovat na nové konkurenční prostředí. Tehdy ještě planetě Zemi vládli mocní dinosauři. Aby byly aktivní, byly závislé hlavně na tepelné energii ze slunce. Ale postupně se objevily druhy, které adoptovaly nové strategie přežití.
Brasiltherium riograndensis, jedno z prvních zvířat, která žila na konci triasu a vykazovala vlastnosti savců.
Smokeybjb, z Wikimedia
Les první savci nebyli nic jiného než malí chlupatí čtyřnožci (tetrapodi) žijící ve stínu obřích plazů. Doslova. Jejich šance na přežití byly mnohem lepší, kdyby se rozhodli pro noční lov. V nepřítomnosti vnějšího zdroje tepla byly vybrány a vyvinuty mechanismy pro vytváření čistého tělesného tepla schopného nepřetržitě podporovat jejich metabolismus. Strategie, která je také zisková v nestabilní klima té doby.
Endotermie má však nevýhodu: k napájení kotle je potřeba palivo, a jak si nyní uvědomujeme, stojí to. K uspokojení této poptávky se jako výsledek přirozeného výběru objevila široká škála účinných a energeticky účinných úprav. Mohou spadat do dvou hlavních kategorií: lépe uchovávat a využívat energii a lépe izolovat, aby se zabránilo nežádoucím tepelným ztrátám.
Tuk (a vlasy) jsou život
Už máme zbraň vždy po ruce: tuk! Slouží jednak jako izolant (kvůli nízké tepelné vodivosti) a jednak jako energetický zdroj. Savci, kteří přežívají v chladných oblastech nebo v blízkosti arktických moří, mají speciální tukovou tkáň zvanou tuk nebo panniculus. Pod kůží ledního medvěda měří 10 cm a u velryby grónské může dosáhnout 50 cm!
velryby grónské (Balaena mysticetus) mají pod kůží tukovou tkáň zvanou vepřové sádlo, jejíž tloušťka může dosáhnout půl metru. Je nezbytné snížit tepelné ztráty v ledových vodách Arktidy.
Národní rezervace Bering Land Bridge/Flickr
Mnoho malých savců, včetně novorozených lidí, má jiný typ tuku, tzv "hnědý tuk". Jeho zvláštností je, že je schopen spalováním lipidů vytvářet teplo (díky mitochondriím, které obsahuje), aby udržoval tělesnou teplotu. To je zvláště důležité u miminek, kvůli jejich malé velikosti a nedostatku svalové síly k přeměně pohybu na energii.
Ale jsme také vybaveni, poněkud nevědomky, miliony senzorů, které jsou ultracitlivé na okolní teplotu a integrované do naší pokožky. Sebemenší zjištěné riziko odchylky tělesné teploty od svého optima okamžitě spustí poplach v hypotalamu, oblasti mozku, kde sídlí kontrola teploty. Aktivují se reflexy, které generují více tepla a snižují tepelné ztráty – často nedobrovolně. V podstatě naše tělo přebírá kontrolu, aby nám zachránilo život!
Anatomie vlasů. Ke kořeni je připojen malý sval, který jej dokáže za studena narovnat.
OpenStax College, z Wikimedia
Savci mají strukturu, která je jedinečná v celé živočišné říši a nekonečně drahocenná:...vlasy! Když je chladno, malý sval připojený k jeho kořeni ho táhne nahoru (“piloerekce”). Jako armáda se pak tisíce vlasů postaví a blokují proudění vzduchu dohromady, aby vytvořily izolační vrstvu. Fenomén triviálně nazývaný „husí kůže“. Což jen stěží vzdává hold tomuto rodovému reflexu, ovládanému také primitivními oblastmi našeho mozku zabývajícími se emocemi a nebezpečím. Což vysvětluje, proč se také aktivuje, když nás zaujme obzvláště silná filmová scéna... nebo když kočky hodlají ukázat, že jsou připraveny bojovat.
V této malé hře si nejsou všechna zvířata rovna. Čím menší je těleso, tím vyšší je poměr povrchu k objemu a tím rychlejší jsou tepelné ztráty. To je důvod pro toto rozkošné peří, které pokrývá mnoho malých novorozených savců: je nutné za každou cenu omezit ztráty energie.
Další technika: třes, nedobrovolné stahování svalů za účelem vytvoření tepla prostřednictvím pohybu. Třes zvyšuje rychlost metabolismu přibližně pětinásobně. K tomu svaly spalují dostupné tuky, bílkoviny a cukry, „uhlí“ energetických továren našich buněk (mitochondrie).
Cílem je, bez ohledu na cenu, chránit životně důležité orgány – srdce, mozek… V případě extrémního chladu lze přerušit tok teplé krve do rukou a nohou a přesměrovat je k nim. Proto namodralé prsty a rty, necitlivost a zlověstně bílá kůže.
Ztráta tělesného tepla v chladném počasí vizualizovaná termokamerou.
A co hibernace?
Aby se těmto rizikům a nepříjemnostem vyhnuli, někteří volí let. Stěhovaví ptáci, savci jako sobi a losi dočasně opouštějí oblasti, které se staly příliš chladnými a nehostinnými. Ale ne každý dokáže překonat takové vzdálenosti, někdy v měřítku celých kontinentů. V drsných zimních podmínkách a v případě nedostatku zdrojů proto ostatní volí dočasné omezení metabolismu.
Tato schopnost je rozšířená a nachází se u mnoha řádů savců, což je důkaz, že jde o účinnou strategii přežití. Ale v závislosti na velikosti zvířete, kurzor je víceméně stlačen.
Svišť obecný (Marmota monax) je savec schopný hibernace.
flickr.com/photos/pavdw
Svišti, ježci... nedělejte poloviční míry a uložte se k zimnímu spánku. Jev je markantní a vyznačuje se téměř úplným zastavením životních funkcí organismu a skutečnou letargií (jejich metabolismus může klesnout téměř o 98 %). Například u sviště pak srdce bije pouze pětkrát za minutu – oproti 80 za normálních podmínek – a teplota může klesnout až k 5 °C… To je dost na to, aby běhal mráz po zádech! Technika není bez rizika, protože některá zvířata již nemají po probuzení dostatek energie k oživení organismu.
Po 7 měsících hibernace svišti z ostrova Vancouver (Marmota vancouverensis) ztratili třetinu své tělesné hmotnosti.
Naproti tomu u medvěda, pokud skutečně dojde k narušení torpy, je méně hluboký (jeho metabolismus je snížen až o 75 %) a je nespojitý – hovoříme pak spíše o zimním spánku. Zvíře se ukrývá, ale jeho teplota tolik neklesá a je stále schopno se probudit.
A náš druh? Ačkoli geny, které jsou základem této schopnosti, jsou v nás pravděpodobně stále přítomny, už toho ve skutečnosti nejsme schopni a důvod toho není příliš jasný… byla vznesena otázka pro našeho vyhynulého neandrtálského bratrance. V roce 2020 studie naznačila, že pokud chtějí přečkat dlouhé chladné měsíce v prostředí s nízkým obsahem kalorií, kosti obyvatel jižního Španělska by vykazovaly známky zpomalení metabolismu.
Je třeba uznat, že obecně je fyziologie hibernace stále nedostatečně pochopena. Zdá se, že savci se musí čas od času probudit, ale nevíme proč. Studie ukázal, že hibernace se liší od kómatu, anestezie a normálního spánku – mozek je v jakémsi špatně definovaném hlubokém spánku. I když se mozek zdá být nečinný, určité populace nervových buněk jsou stále aktivní a mohou reagovat na určité podněty.
Pokud jde o mechanismy, které umožňují zvířeti vstoupit a vystoupit z této fáze, jsou také neznámé. Takže i když se nám jednoho dne podaří lidi uvést do hibernace (nazývané umělá nebo syntetická), za jak dlouho je probudíme? A jak ?
Aplikací však může být mnoho. Někteří myslí na cestování vesmírem. Pokud bychom někdy museli jet na Mars, stav hibernace by mohl drasticky snížit spotřebu energie a tím pádem i potravinové potřeby během cesty – a čekací dobu… Více nečekaně, testy na zvířatech prokázaly, že dokáže částečně ochránit tělo před škodlivými účinky kosmického záření.
Medicína by také měla zájem. Možnost snížit metabolismus pacientů v ohrožení života (pokročilá rakovina apod.) by mohla prodloužit dobu, po kterou je možné s nemocí bojovat.
Adaptace v průběhu generací…
Dnes jsme se naučili zacházet s chladem jinak: Nosíme oblečení, stavíme domy, které vytápíme atd. V průběhu tisíciletí jsme dokonce přišli o většinu našich drahocenných ochlupení na těle, což nám vysloužilo přezdívku „nahá opice“.
Kromě ochranného oděvu mají Inuité žijící v chladných oblastech nízký vzrůst, malé ruce a spíše plochý obličej s typickými mastnými polštářky na dutinách.
Ansgar Walk, Wikimedia
A v méně přívětivých zeměpisných šířkách náš druh viděl po dlouhou dobu vybrané vlastnosti poskytující lepší odolnost vůči chladu. To je případ populací, které žijí v chladném podnebí, jako je Sibiř nebo Himaláje. Často mají krátké ruce a nohy, podsaditější postavu a více tělesného tuku (pro lepší udržení vnitřního tepla), ploché tváře s ochrannými tukovými polštářky na dutinách a ploché nosy (významnější v ledovém vzduchu). navíc specifické verze určitých genů, spojené s vyšším metabolismem nebo zvýšeným krevním tlakem, se vyskytují častěji u těchto národů Dálného severu.
Buď stejný typ adaptací, jaký předvedli mocní neandrtálci odolat chladnému podnebí Evropy v paleolitu.
Nepopírejme to však: pro ochranu před chladem a jeho nebezpečím je možnost zabalit se do teplého oblečení a popíjet horkou čokoládu u dobrého ohně. Ještě lepší je, že jako migrující lidé nového druhu máme nyní luxus létat do teplejších míst, kdykoli se nám zachce.
Ale ne každý má tyto možnosti... Takže nikdy nezapomeňte věnovat zvláštní pozornost těm, kteří jsou nejvíce ohroženi chladem, bezdomovci, starším lidem nebo batolatům... můžete zachránit životy.
Pieter Vancamp, Doktorské, Národní přírodní muzeum (MNHN)
Tento článek je publikován z Konverzace pod licencí Creative Commons. Čístpůvodní článek.
