ทำไมการค้นพบที่น่าอัศจรรย์เกี่ยวกับการจำศีลอาจช่วยปรับปรุงสุขภาพของมนุษย์

การงีบหลับประจำปีของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีอะไรมากมายที่จะบอกเราเกี่ยวกับชีววิทยาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม รวมทั้งตัวเราด้วย

ทุกๆ ฤดูใบไม้ผลิ เมื่อวันทางตอนเหนือยาวขึ้นและหิมะที่ละลายกลายเป็นลำธาร สัตว์ที่ง่วงนอนตั้งแต่หมีกริซลี่ไปจนถึงกระรอกดินเริ่มรวมตัวกันจากการจำศีล พูดได้เต็มปากว่า “ตื่นแล้ว” แต่การจำศีลนั้นซับซ้อนและลึกลับกว่าการนอน ยาวธรรมดาๆ ซะอีก : สัตว์ใดๆ ก็ตามที่สามารถอยู่ใต้ดินได้เป็นเดือนๆ โดยไม่กินหรือดื่มอะไร และยังโผล่ออกมาพร้อมเผชิญโลกได้สำเร็จอย่างแจ่มชัด เคล็ดลับของชีววิทยา

บัญชีรายชื่อสัตว์ที่จำศีลนั้นรวมถึงสัตว์ฟันแทะทุกชนิด สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำบางตัวและแม้แต่ไพรเมตสองสามตัว (ค่างแคระหลายสายพันธุ์) แต่หมีเป็นสัตว์จำศีลที่ใหญ่ที่สุดอย่างแท้จริง หมีกริซลี่และหมีดำที่โตเต็มวัยจะมีน้ำหนักมากพอๆ กับผู้เล่นอเมริกันฟุตบอล หรือมากกว่า ด้วยความกระตือรือร้นและความอยากรู้อยากเห็นของเด็กก่อนวัยเรียน แต่พวกมันก็ไม่มีปัญหาในการย่อตัวเป็นเวลาหลายเดือน Elena Gracheva นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัยเยลในนิวเฮเวน รัฐคอนเนตทิคัต กล่าวว่า การออกแบบท่าเต้นที่นำไปสู่การปิดตัวสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่นี้ขัดต่อคำอธิบายง่ายๆ “การไฮเบอร์เนตนั้นซับซ้อนมาก จนต้องมีการปรับตัวในหลายระดับ” เธอกล่าว

การจำศีลของหมีให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับการทำงานของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเรา Gracheva ผู้เขียนร่วมในการสำรวจสรีรวิทยาของการจำศีล ในการ ทบทวนเซลล์และชีววิทยาพัฒนาการประจำปี 2020 อธิบาย ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการนี้อาจเปลี่ยนแนวทางของเราไปสู่สภาวะต่างๆ ของมนุษย์ เช่น โรคหลอดเลือดสมอง โรคกระดูกพรุน โรคพาร์กินสัน และโรคอัลไซเมอร์ (ดูแถบด้านข้าง)

หมีเองก็จะต้องคิดใหม่เกี่ยวกับแนวคิดเรื่องการจำศีลเมื่อสภาพอากาศร้อนขึ้นและฤดูหนาวจะสั้นลง วิธีที่พวกเขาตอบสนองจะพูดได้มากเกี่ยวกับความมุ่งมั่นของพวกเขาในการงีบหลับในฤดูหนาว และเกี่ยวกับความสัมพันธ์ที่ลึกซึ้งระหว่างสภาพอากาศและพฤติกรรมของสัตว์

ไม่เท่

Bears ใช้วิธีจำศีลที่แตกต่างจากคนนอนหลับทั่วไป กระรอกดินอาร์กติกสามารถลดอุณหภูมิร่างกายลงชั่วคราวได้ถึง -3°C (27°F) โดยไม่แข็งตัวเป็นน้ำแข็ง ในทางตรงกันข้าม หมีแทบจะไม่สูญเสียความร้อนเลยในถ้ำฤดูหนาวของพวกมัน แต่พวกมันยังคงมีคุณสมบัติในการจำศีลเพราะการเผาผลาญของพวกมันช้าลงจนคลาน เป็นกระบวนการที่ Brian Barnes นักสัตววิทยาจาก University of Alaska Fairbanks และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ติดตามอย่างระมัดระวังมานานกว่าทศวรรษที่ผ่านมาโดยการศึกษาหมีดำที่จำศีลในถ้ำเทียม

ห้องฤดูหนาวเป็นห้องที่สามารถวัดปริมาณออกซิเจนและการผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นมาตรการที่สำคัญของการเผาผลาญอาหารในขณะที่เซ็นเซอร์ติดตามอุณหภูมิของร่างกาย เป็นการศึกษาครั้งแรกที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าสัตว์สามารถจำศีลได้โดยไม่ต้องเย็นลง

อย่างไรก็ตาม หมีที่จำศีลไม่ได้เป็นเพียงการพักผ่อนในฤดูหนาวเท่านั้น Barnes กล่าว พวกเขาปิดตัวลงอย่างแท้จริง รีเซ็ตพารามิเตอร์ของชีวิตประจำวันอย่างสมบูรณ์ “พวกเขาเข้าไป หันหลังสองหรือสามครั้ง นอนราบ และอยู่อย่างนั้นเป็นเวลาหกเดือน” เขากล่าว และพวกเขาจะลุกขึ้นเพื่อเปลี่ยนข้างทุกสองสามวันเท่านั้น “การไฮเบอร์เนตกำหนดขอบเขตภายนอกของสิ่งที่เป็นไปได้ในแง่ของหน้าที่ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม” บาร์นส์ตั้งข้อสังเกตว่าหมีที่หว่านมักจะให้นมลูกแฝดหรือแฝดสามระหว่างจำศีลโดยไม่ต้องกินหรือดื่ม โดยเข้าไปกินไขมันและเก็บน้ำของพวกมันเพื่อเห็นแก่ลูกของมัน

สำหรับมนุษย์ ความเกียจคร้านระดับนั้นจะต้องแลกมาด้วยค่าใช้จ่าย ไม่ว่าเราจะพักฟื้นบนเตียงในโรงพยาบาลหรือนั่งจรวดไปดาวอังคาร กล้ามเนื้อของเราจะเหี่ยวแห้งและกระดูก ของเรา จะบางลงหลังจากไม่ได้ใช้งานเป็นเวลาหลายเดือน หมีไม่มีปัญหาดังกล่าว ความลับส่วนหนึ่งของกระดูกที่แข็งแรงของพวกเขากำลังถูกเปิดเผย ในปี 2564 บาร์นส์และคณะได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาที่แสดงให้เห็นว่าหมีที่จำศีลสามารถยับยั้งยีนที่เกี่ยวข้องกับการสลายของกระดูกได้

นักวิจัยแนะนำว่าสักวันหนึ่งอาจเป็นไปได้ที่จะจัดการกระบวนการเดียวกันในคนเพื่อป้องกันโรคกระดูกพรุน บาร์นส์เสริมว่าวิธีการดังกล่าวอาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับผู้ที่ต้องนอนบนเตียงยาว ซึ่งมนุษย์ที่อยู่ใกล้ที่สุดในปัจจุบันจะจำศีล

เมแทบอลิซึมที่เฉื่อยของหมีจำศีลเป็นความสำเร็จที่น่าทึ่งในตัวเอง หมีสามารถชะลอการหายใจและอัตราการเต้นของหัวใจได้ประมาณ 75 เปอร์เซ็นต์เป็นเวลาหลายเดือนในขณะที่รักษาอุณหภูมิร่างกายที่ค่อนข้างสูง ในขณะที่ไม่มีใครรู้แน่ชัดว่าพวกเขาใส่เบรกเมตาบอลิซึมอย่างไร Gracheva กล่าวว่ากลยุทธ์นี้สมเหตุสมผลดี เธอสงสัยว่าหมีไม่สบายใจเหมือนกระรอกดิน เพราะมันจะใช้พลังงานมากเกินไปในการอุ่นร่างใหญ่ของพวกมันในฤดูใบไม้ผลิ แต่พวกมันจะขดตัว ปล่อยให้ไขมันและขนของพวกมันอุ่นขึ้นโดยมีอาการสั่นเล็กน้อยเป็นครั้งคราวเพื่อช่วยให้เลือดเคลื่อนไหว

ความเชี่ยวชาญของแอนิเมชั่นที่ถูกระงับโดยสัตว์ขนาดเท่ามนุษย์ (หรือใหญ่กว่า) ได้รับความสนใจจากนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์และคนอื่น ๆ ที่ฝันว่าสักวันหนึ่งจะสามารถส่งนักบินอวกาศไปรอบ ๆ ระบบสุริยะในขณะที่พวกเขา “จำศีล” เป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี โดยจำกัดออกซิเจน อาหาร และการออกกำลังกาย ยิ่งไปกว่านั้น อาจเป็นไปได้ที่จะใช้บทเรียนเรื่องการจำศีลเพื่อปกป้องผู้ป่วยในหอผู้ป่วยหนัก

ตามที่ Barnes อธิบาย อาการหัวใจวายและจังหวะจะลดปริมาณออกซิเจนและสารอาหารไปยังสมองลงอย่างมาก การขาดอุปทานนั้นจะสร้างความเสียหายน้อยลงมากหากแพทย์สามารถลดความต้องการได้อย่างรวดเร็วโดยทำให้ผู้ป่วยอยู่ในภาวะจำศีลหรืออะไรทำนองนั้น Barnes ตั้งข้อสังเกตว่าผู้ที่ตกเป็นเหยื่อโรคหลอดเลือดสมองมักจะได้รับประโยชน์จากการรักษาในชั่วโมงแรกหลังโรคหลอดเลือดสมอง แพทย์เรียกหน้าต่างแห่งโอกาสในการฟื้นฟูการไหลเวียนของเลือด “ชั่วโมงทอง” หากแพทย์สามารถจำศีลซ้ำได้จนถึงจุดที่สมองต้องการไม่ถึงกับอุปทาน “ชั่วโมงทองนั้นอาจเป็นสัปดาห์ทองหรือสามสัปดาห์” บาร์นส์กล่าว

การเก็งกำไรอาจจะจบลงในไม่ช้า: ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2564 นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาและจีนซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากสัตว์จำศีลได้เสนอการศึกษาที่จะใช้ยาระงับประสาท promethazine และยารักษาโรคจิต chlorpromazine ชั่วคราวเพื่อสร้าง “ภาวะเหมือนจำศีล”ในผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองที่มีเป้าหมายสูงสุดในการรักษาการทำงานของสมอง

โทรปลุก

Bear Hibernation แตกต่างออกไปในรูปแบบอื่น สัตว์ฟันแทะและสัตว์บางชนิดบางชนิดจำศีลตามตารางเวลาที่เคร่งครัดตามระยะเวลาของวัน อย่างไรก็ตาม แบร์สตัดสินใจด้วยตัวเองว่าเมื่อใดควรปิดตัวลงและเมื่อใดควรพักฟื้น Heather Johnson นักชีววิทยาสัตว์ป่าด้านการวิจัยกับสำนักงานสำรวจทางธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกาในเมืองแองเคอเรจ รัฐอะแลสกา อธิบาย จังหวะเวลานั้นถูกขับเคลื่อนด้วยสัญญาณหลายอย่างรวมถึงการจัดหาอาหารและที่สำคัญคืออุณหภูมิ

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในปี 2560 จอห์นสันและเพื่อนร่วมงานได้ติดตามการจำศีลของหมีดำตัวเมีย 51 ตัวเป็นเวลาเฉลี่ย 3 ปีแต่ละตัวในบริเวณใกล้เคียงเมืองดูรังโก รัฐโคโลราโด ความยาวรวมของการจำศีลแตกต่างกันไปตั้งแต่น้อยกว่าสี่เดือนจนถึงมากกว่าเจ็ดเดือน ขึ้นอยู่กับอายุและสถานะความเป็นบิดามารดา หมีที่แก่กว่าและแม่ที่มีลูกมักจะจมอยู่ใต้น้ำนานกว่าหมีที่อายุน้อยกว่าที่อยู่คนเดียว แต่หมีทุกตัวต่างให้ความสนใจกับสภาพอากาศอย่างชัดเจนขณะเตรียมที่จะกลับมีชีวิตที่กระฉับกระเฉง

โดยเฉลี่ยแล้ว หมีออกจากถ้ำก่อนเวลา 3.5 วันสำหรับการเพิ่มขึ้นทุกๆ 1 องศาเซลเซียส (1.8 องศาฟาเรนไฮต์) ในทุกอุณหภูมิต่ำสุดเฉลี่ยในฤดูใบไม้ผลิ “เมื่ออุณหภูมิถึงระดับหนึ่ง นั่นเป็นสัญญาณว่าถึงเวลาออกจากโหมดไฮเบอร์เนตแล้ว” จอห์นสันกล่าว

จากถ้ำฤดูหนาวของพวกมัน Alina Evans สัตวแพทย์สัตว์ป่าแห่ง Inland Norway University of Applied Sciences ใน Evanstad กล่าว ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในปี 2559 อีแวนส์และเพื่อนร่วมงานปฏิบัติตามขั้นตอนการจำศีลของหมี 14 ตัวที่ติดตั้งปลอกคอดาวเทียมและจอภาพที่ติดตามอัตราการเต้นของหัวใจและอุณหภูมิของร่างกาย

หมีเลือกเวลาและสถานที่ต่างกัน (รากต้นไม้ ถ้ำ เนินเขามดที่ขุด) เพื่อเริ่มกักขัง แต่พวกมันทั้งหมดออกจากถ้ำเมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยในเวลากลางวันเข้าใกล้ 5°C (ประมาณ 40°F) อีแวนส์คิดว่าอุณหภูมิเป็นสิ่งที่กระตุ้นให้พวกเขาออกมา แต่เสริมว่ายังมีความเป็นไปได้อื่นๆ หมีอาจให้ความสนใจกับความเปียกชื้นอันไม่พึงประสงค์จากหิมะที่ละลายได้เช่นกัน

เมื่อฤดูหนาวเริ่มอบอุ่นขึ้นในสภาพอากาศที่ร้อนขึ้น หมีจะเริ่มโผล่ออกมาจากถ้ำก่อนหน้านี้อย่างไม่ต้องสงสัย จอห์นสันกล่าว เป็นเรื่องยากที่จะบอกว่าการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้เกิดขึ้นแล้วหรือไม่ แต่โดยปกติแล้ว มีเรื่องราวของหมีมากมายที่ปรากฏขึ้นในเมืองหรือบนระเบียงห้องโดยสารในช่วงที่อากาศอบอุ่นในฤดูหนาว เธอกังวลว่าการจำศีลที่สั้นลงจะทำให้หมีมีเวลามากขึ้นที่จะมีปัญหา หมีที่โผล่ออกมาจากถ้ำแต่เนิ่นๆ มีโอกาสมากกว่าที่จะคว่ำถังขยะ ถูกรถชน หรือจบลงที่เป้าเล็งของนักล่า “หมีมีอัตราการรอดเกือบ 100 เปอร์เซ็นต์ในขณะที่พวกมันจำศีล” เธอกล่าว “มิฉะนั้น มันจะเป็นโลกที่อันตรายสำหรับพวกเขา”

โดยทั่วไปแล้วหมีจะจำศีลเพื่อที่พวกเขาจะได้นอนลงเมื่ออาหารขาดแคลน แต่จะมีการเคลื่อนไหวในช่วงเวลาที่มีปริมาณมาก อีแวนส์กล่าว เธอกังวลว่าอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปอาจทำให้ตารางนั้นเสียไป ตามทฤษฎีแล้ว คาถาที่อบอุ่นในช่วงต้นสามารถขับไล่หมีออกจากถ้ำได้ แต่เนิ่นๆ เพียงเพื่อจะตกลงสู่ความหนาวเย็นเมื่อพวกเขาเริ่มลดน้ำหนักในฤดูหนาวแล้ว “พวกเขาอาจพลาดโอกาสในการประหยัดพลังงานในสภาพแวดล้อมที่เลวร้าย” เธอกล่าว

หน้าแรก