Znajdź zawartość

Poza niedźwiedziami duże ssaki Europy Środkowej pozostają aktywne przez cały rok. W jaki sposób np. jelenie są w stanie przetrwać na zapasach tłuszczu? Obniżają tętno i temperaturę w kończynach. Jak widać, przechłodzone stopy nie zawsze są czymś niepożądanym... Christopher Turbill i zespół z Uniwersytetu Weterynaryjnego w Wiedniu umieścili w żwaczach 15 samic jelenia specjalne nadajniki. Dzięki temu mogli przez 18 miesięcy, w tym 2 zimy, monitorować nie tylko tętno, ale i temperaturę żołądka. Zwierzęta żyły w prawie naturalnych warunkach, ale ściśle kontrolowano spożywane przez nie pokarmy, m.in. ilość i zawartość białka. Poza tym Austriacy śledzili temperaturę otoczenia i wykorzystywali dobrodziejstwa modelowania statystycznego, by oddzielić wpływ różnych czynników, np. połykania śniegu, na metabolizm. Okazało się, że tętno jeleni spadało w zimie bez względu na to, ile pokarmu spożywały. Liczba uderzeń serca obniżała się stopniowo z 65-70 w maju do ok. 40 zimą, nawet jeśli zwierzętom dostarczano dużo wysokobiałkowej paszy. Tętno jest dobrym wskaźnikiem metabolizmu, a więc jego spadek pokrywał się idealnie z okresem, kiedy zwykle pożywienia brakuje - mimo że nasze zwierzęta zawsze mają co jeść. To pokazuje, że jelenie są w jakiś sposób zaprogramowane na zachowywanie rezerw w czasie zimy. Znaczny wzrost tętna na wiosnę w okresie rozrodu nie był związany ze zmianą w dostępności pokarmu, dlatego należy go uznać za kolejny element wrodzonego programu. Tak jak naukowcy przewidywali, obniżenie zimą racji żywnościowych jeleni prowadziło do jeszcze większego obniżenia tętna. Co ciekawe, podobny efekt odnotowano również latem. Sugeruje to, że wywołuje go nie tylko spadek natężenia trawienia. Jelenie muszą aktywnie ograniczać metabolizm w odpowiedzi zarówno na zimę, jak i niedobory pożywienia w innych porach roku. Austriacy ustalili, że spadkowi tętna towarzyszyło obniżenie temperatury żołądka. Oznacza to, że jelenie dostosowują wydatkowanie energii, regulując produkcję wewnętrznego ciepła. Ponieważ okazało się, że stosunkowo nieduże zmiany w temperaturze żołądka wpływały na metabolizm silniej niż można by się spodziewać, należało przypuszczać, że istnieje jakiś dodatkowy mechanizm oszczędzania energii. W ramach wcześniejszych badań zademonstrowano, że jelenie potrafią skutecznie obniżać temperaturę kończyn i innych wystających części ciała, odpowiedzi na pytanie od dodatkowy mechanizm chłodzący trzeba zatem poszukiwać właśnie tutaj. W tym kontekście nieznaczny spadek temperatury żołądka stanowi zaledwie zmianę towarzyszącą. Jeden z członków zespołu, Walter Arnold, sądzi, że duże zwierzęta wykorzystują do chłodzenia swoje gabaryty. Umożliwiają im drastyczne ograniczenie metabolizmu bez konieczności dużego zmniejszania temperatury wewnętrznej. Wystarczy chłodzenie peryferyjne.

Japońscy naukowcy odkryli mechanizm, za pośrednictwem którego talidomid prowadzi do deformacji ciała płodów. Wg nich, lek wiąże się i unieczynnia białko o nazwie cereblon, odpowiadające za rozwój kończyn. Talidomid stosowano pod koniec lat 50. i na początku 60. jako preparat przeciwwymiotny dla kobiet w ciąży. Gdy zauważono, że wywołuje on wady wrodzone, np. brak czy zniekształcenia kończyn oraz malformacje przewodu pokarmowego, został wycofany z obiegu. Później, w latach 90. XX wieku, opracowano skuteczniejsze metody oczyszczania cząsteczek talidomidu. Dziś jest on stosowany w leczeniu szpiczaka mnogiego, tocznia guzowatego oraz powikłań trądu. Oznacza to, że choć ze względów bezpieczeństwa formalny zakaz stosowania talidomidu przez ciężarne obowiązuje do dziś, w praktyce deformacje płodów pojawiają się nadal, zwłaszcza w Afryce czy Ameryce Południowej, gdzie trąd ciągle zbiera swoje żniwo. Z tego powodu biologom molekularnym i rozwojowym, którzy pracowali pod przewodnictwem Hiroshi Handy z Tokijskiego Instytutu Technologii, tak zależało na rozszyfrowaniu mechanizmu działania talidomidu. Naukowcy stworzyli miniaturowe magnesy o średnicy zaledwie 200 nanomterów. Można je było przyczepiać do różnych związków chemicznych, dzięki czemu po zmieszaniu magnesów z ekstraktami komórek dało się śledzić, z jakimi molekułami wiąże się lek. Ekipa Hanady zauważyła, że oznaczony magnesami talidomid łączył się z mało znanym białkiem cereblonem, którego nasilona ekspresja zachodzi zarówno w tkankach płodowych, jak i dojrzałych. W kolejnych eksperymentach Japończycy wykazali, że zablokowanie produkcji cereblonu u danio pręgowanych (Danio rerio) może powodować zaburzenia w rozwoju płetw podobne do występujących po zażyciu talidomidu. Tak u płodów ryb, jak i kurcząt dodanie wersji cereblonu, która nie wiązała się z talidomidem, wydawało się zmniejszać efekty uboczne leku. Na razie naukowcy nie wiedzą, jaką rolę spełnia cereblon w komórce, ale przypuszczają, że może istnieć związek między talidomidem a genami kierującymi rozwojem kończyn. Biologów wprawia jednak w zakłopotanie fakt, że choć cereblon występuje w tak wielu tkankach, to talidomid upośledza szczególnie ręce, nogi, uszy, oczy, przewód pokarmowy i nerki. Jak widać, pozostało jeszcze wiele do wyjaśnienia...

Naukowcy szukają metody, która pozwoli odrosnąć odciętym ludzkim palcom, a w przyszłości może i całym kończynom. Okazuje się, że pomysłów takich nie należy traktować jako mrzonek fantasty. Uczeni odkryli, że... świński pęcherz posiada niezwykłe właściwości, które pozwalają na odrost kończyn. Dzięki ekstraktowi z pęcherza doprowadzono do tego, iż kilku salamandrom wyrosły dodatkowe kończyny. Najbardziej jednak obiecujące badania przeprowadzono na Lee Spievacku. Mężczyzna w pracy stracił część palca. Dwa lata później, dzięki wysiłkom naukowców, znowu ma cały palec. Obecnie trwają badania nad przywracaniem palców weteranom wojennym, a rząd USA finansuje badania, które mają dać odpowiedź na pytanie, jak niektóre ze zwierząt odtwarzają swoje kończyny. Puszczając wodze fantazji naukowcy mówią, że w przyszłości te same techniki mogą pomóc w odtwarzaniu uszkodzonych części serca, kręgosłupa czy oparzeń na skórze. To jednak odległa przyszłość. Na razie uczeni skupiają się na pomocy takim ludziom jak Lee Spievack. Gdy utracił czubek palca jego brat, Alan, były chirurg z Harvardu i założyciel produkującej ekstrakt ze świńskiego pęcherza firmy ACell, namówił go na poddanie się eksperymentalnej terapii. Spievack nie musiałby jej przechodzić, gdyby był niemowlakiem. Jak informuje doktor Stephen Badylak, osobom, które nie przekroczyły 2. roku życia, czubki palców potrafią same odrosnąć. O właściwościach świńskiego pęcherza wiedziano już wcześniej. Od pewnego czasu używa się stworzonych na jego bazie maści, które leczą rany u koni. Od niedawna FDA dopuściła stosowanie tego środka u ludzi. Jak wiemy, kuracja Spievacka przebiegła pomyślnie. Brak jednak bezpośrednich dowodów na to, że pomógł właśnie pęcherz. Dlatego też akademicy postanowili rozszerzyć swoje badania. W następnym etapie weźmie udział 5-10 żołnierzy, którzy mają rany dłoni wywołane ogniem. Palce są bardzo wrażliwe na ogień, gdyż są małe i pokryte cienką warstwą skóry. Wybrani zostaną żołnierze z poważnymi ranami, którzy utracili dużą część palców. Kikuty ich palców zostaną chirurgicznie otwarte, a do wewnątrz trzy razy w tygodniu będzie aplikowany proszek ze świńskiego pęcherza. Uczeni nie liczą na całkowite odtworzenie palców, ale mają nadzieję, że wzrost będzie na tyle duży, iż ranni będą mogli się nimi posługiwać. Tak naprawdę naukowcy będą działali po omacku, gdyż nie wiedzą, co spowodowało, że palec Spievacka odrósł. Proszek z pęcherza nie jest niczym nadzwyczajnym. To przede wszystkim kolagen i wiele innych substancji. Pod mikroskopem widać, że proszek tworzy rodzaj rusztowania, na którym narastają komórki. Wydaje im też polecenie wzrostu. Akademicy mówią, że polecenie to nie brzmi „odtwórz palec”, ale komórki, odbierając sygnały z otoczenia, wiedzą, jaką strukturę powinny uformować. Badylak przyznaje jednak, że uczeni nie mają pojęcia, co naprawdę się dzieje i nie potrafią sterować tym procesem. Naukowiec bierze też udział w finansowanych przez Pentagon badaniach nad zwierzętami, które potrafią odtworzyć swoje kończyny. Najbardziej znanym za takich zwierząt jest salamandra. Jeśli obetnie się jej nogę, po kilku tygodniach zwierzę będzie miało nową. Wszystko dlatego, że zamiast jak najszybciej zabliźniać rany, ciało salamandry tworzy blastemę, czyli grupę niezróżnicowanych komórek, które odtwarzają kończynę. Jeśli blastemę przeniesie się na grzbiet zwierzęcia, to brakująca noga wyrośnie właśnie na grzbiecie. Uczonym udało się nawet zmusić salamandrę do wytworzenia kończyny, bez obcinania już istniejącej. Wystarczy zranić kończynę zwierzęcia, przekierować nerwy tak, by wysłały sygnały prowadzące do tworzenia się blastemy, a następnie umieścić kawałek skóry z kończyny w blastemie tak, by komórki „dowiedziały się”, co mają tworzyć. Inni naukowcy zmusili organizmy odpowiednio zmanipulowanych genetycznie myszy do wytworzenia blastemy. Ich zdolności regeneracyjne były jednak dużo mniejsze niż zaobserwowane u salamandry.

Ludzie odczuwają ból nie tylko w nieistniejących kończynach, istnieje także zjawisko fantomowych genitaliów. Eksperci z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego badali zarówno heteroseksualnych, jak i transseksualnych mężczyzn. Pierwsi przeszli operację w związku ze zdiagnozowanym nowotworem stercza, drudzy operację zmiany płci. Sześćdziesiąt procent heteroseksualnych panów nadal miało wrażenie posiadania penisa (potrafiło opisać jego kształt, długość, doświadczało nawet wzwodów). Dotyczyło to tylko 30% transseksualistów. Vilayanur Ramachandran wyjaśnia brak lub obecność fantomów niezgodnością między płcią metrykalną (biologiczną) a utrwalonym w mózgu charakterystycznym dla płci obrazem ciała. Kształtuje się on jeszcze na etapie życia płodowego i niekoniecznie musi się pokrywać z budową anatomiczną i fizjologią. Artykuł na ten temat ukaże się w Journal of Consciousness Studies. Z Ramachandranem współpracował psycholog Paul McGeoch. Panowie przeprowadzali wywiady nie tylko z mężczyznami z dwóch opisanych wyżej grup, ale również z transseksualnymi kobietami. Okazało się, że wiele z nich (60%) od wczesnego dzieciństwa doświadczało istnienia fantomowego penisa. O tym, że obraz ciała kształtuje się w dużej mierze jeszcze przed urodzeniem, świadczą choćby przypadki ludzi, którzy urodzili się bez kończyn, a twierdzili, że je czują. Doświadczanie nieistniejącego to skutek zaanektowania obszarów mózgu "obsługujących" kończynę lub penisa przez rejony pełniące inne funkcje. To jeden z przejawów neuroplastyczności mózgu.

Genetyczna możliwość posiadania palców w kończynach istniała na długo przed tym, zanim pierwsze stworzenia wyszły z wody na ląd. Nowe badania ujawniły, że odnaleźć ją można u wspólnego przodka rekinów i ludzi. Naukowcy skoncentrowali się na grupie genów HOX, które decydują, jak i gdzie rozwiną się części ciała u zwierząt, w tym u człowieka (są one ułożone w klastrze w takiej kolejności, w jakiej aktywują się podczas rozwoju). Obserwowali ich aktywność u płodów rekinków psich (Scyliorhinus canicula). Ku swojemu zaskoczeniu zauważyli u embrionów ryb zwiększoną aktywność genów pozwalających w przypadku zwierząt wyposażonych w kończyny na rozwój palców (PLoS ONE). Procesy genetyczne nie były u wczesnych zwierząt wodnych proste, by skomplikować się dopiero u gatunków przystosowanych do życia na lądzie. Były złożone od samego początku – uważa biolog rozwojowy Martin Cohn z Uniwersytetu Florydy w Gainesville. Jeśli tak, to dlaczego rekiny nie mają palców? Mimo że one i inne ryby posiadają odpowiedni program genetyczny, jest on aktywowany tylko na krótki czas – spieszą z wyjaśnieniami Renata Freitas i Guangjun Zhang. Ludzie i pozostałe kręgowce używają go natomiast dłużej. Nasz gatunek i zwierzęta lądowe to potomkowie ryb kostnoszkieletowych. Rekiny są natomiast rybami chrzęstnoszkieletowymi. Oznacza to, że genetyczna możliwość rozwoju palców istniała już ponad 500 mln lat temu, u ostatniego wspólnego przodka ryb kostno- i chrzęstnoszkieletowych. Miało to miejsce na 135 mln lat przed debiutem palców u pierwszych wyposażonych w kończyny kręgowców: płazów rozpoczynających kolonizację suchego lądu. Odkrycia te nie tylko ujawniają przebieg ewolucji, ale także pomagają wyjaśnić ludzkie wady wrodzone. Kiedy szwankuje jeden z genów HOX, dochodzi do powstania określonej deformacji palców u nóg lub rąk.

Naukowcy posunęli się o krok bliżej w kierunku odczytywania myśli. Urządzenia skanujące mózg pozwalają ocenić zmiany w przepływie krwi, które sygnalizują intencje — donosi Daily Telegraph. Prace te stanowią kamień milowy, ponieważ nigdy przedtem nie udawało się wnioskować na podstawie aktywności mózgu o przyszłych zachowaniach konkretnej osoby (Current Biology). Profesor John-Dylan Haynes z Instytutu Maxa Plancka współpracował z kolegami z Oksfordu, Londynu oraz Tokio. Wolontariusze mogli w skrytości ducha wybierać między dwoma zadaniami: dodawaniem i odejmowaniem. Następnie proszono ich o "przechowanie" zamiaru przez kilka sekund w pamięci, do czasu gdy odpowiednie liczby wyświetlano na ekranie. Za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) akademicy potrafili z 70-proc. trafnością przewidzieć, co postanowili badani. A polegali przy tym wyłącznie na aktywności ich mózgu. Odkrycia te mają w przyszłości umożliwić tetraplegikom (osobom z porażeniem wszystkich kończyn spowodowanym uszkodzeniem rdzenia szyjnego) poruszanie protezami oraz posługiwanie się komputerem.