24-01-06

Leren van beren

Van beren leren
IjsbeerEen van de meest merkwaardige dingen die beren doen is ook datgene wat de meeste mensen van hen weten. De afgelopen jaren is veel wetenschappelijk onderzoek gedaan naar de manier waarop beren hun winterslaap houden.

Veel van de bevindingen zijn van groot potentieel belang voor zowel de medische wetenschap als voorverre ruimtereizen.

Als je ooit hebt gelezen dat beren geen "echte" winterslaap houden, weet dan dat die informatie niet klopt. Een beer van 200 kg houdt gewoonweg niet op dezelfde manier zijn winterslaap als een eekhoorn van een halve kilo, al is het even efficient of zelfs beter.

De primaire functie van een winterslaap schijnt te zijn om het aantal verbrande caloriën dat verbrand wordt te beperken als voedsel schaars of helemaal niet aanwezig is. Het moet meer gezien worden als een reactie op seizoensmatige voedseltekorten dan als een reactie op koude temperaturen.

De precieze prikkels die een winterslaap veroorzaken zijn nog steeds niet bekend.

De winterslaap die kleine zoogdieren houden bestaat uit een diepe comateuze slaap, lichaamstemperatuur word verlaagt tot slechts een paar graden boven het vriespunt en ademhalingsnelheid en hartslag worden verlaagd tot nauwelijks waarneembare niveau.

Zo'n extreem laag metabolisme is niet in staat om gedurende lange tijd het leven in stand te houden. Het dier moet om de paar dagen wakker worden omdat metabolische giffen zich verzamelen, naar buiten gaan om deze kwijt te raken d.m.v. urine en feces en iets te eten en drinken om daarna weer in slaap te vallen. De regelmatige periodes die nodig zijn om wakker te worden verlagen de efficiency van de winterslaap zodat minder calorien gespaart blijven dan je zou denken. Dit patroon word kleine dieren opgedrongen omdat ze door hun kleine afmetingen snel lichaamswarmte verliezen. Ze kunnen niet overwinteren met een betekeniswaardige efficiency tenzij hun lichaamstemperatuur erg laag is.

Beren doen dit anders: Hun lichaamstemperatuur daalt slechts een maximum van 10 graden. De hartslag word gereduceerd tot ongeveer 1/5 van de narmale actieve hartslag, net als hun ademhalingsnelheid. Ondanks dat ze slapen, worden ze gemakkelijk wakker en kunnen ze snel weer actief zijn als dat nodig is. Tijdens hun winterslaap zal een ongestoorde beer de hele winter slapen, soms zonder zelf maar van lichaamspositie te veranderen als ze eenmaal slapen. De beer zal gedurende die periode niet drinken of urineren. In ver noordelijke klimaten kan de winterslaap 7 of meer maanden duren en tijdens die tijd kan de beer constant in zijn ondiepe slaap blijven. De beer behoud zijn levenskracht al die tijd puur door de lucht die hij inademt en het verbranden van zijn lichaamsvet. De enorme omvang van de beer stelt hem in staat zijn lichaamstemperatuur dicht bij zijn normale waarden te houden en zo de noodzakelijke levens processen te vervullen. Ondanks de vaak intense kou om hem heen verbrand hij ongeveer de helft van het aantal caloriën die normaal verbrand tijdens de warme maanden dat hij wakker is.

De "recycling efficiency" van het winterslaap proces is opmerkelijk nauwgezet. De beer heeft door evolutie een bewonderingswaardige perfectie bereikt.

Het is goed in de gaten te houden dat beren al een veel langere tijd beren zijn dan wij mensen zijn geweest. In vele opzichten is onze evolutie nog niet klaar met ons.

Het metabolisme van de beer is berekent op het verbranden van het benodigde lichaamsvet. Waneer vet word verbrand blijven er geen afvalstoffen achter, aleen koolstofdioxide en water. Vet levert twee keer zoveel energie op as protiënes en koolhydraten. Deze hoge energiedichtheid en de vaste virn naken vet een efficient calorie opslag medium. De koolstofdioxide word uitgeademt maar het water blijft in het bloed van de beer. De ongeveer 4000 caloriën die de beer elke dag verbrand levert bijna een liter water op, wat genoeg is voor de metabolische benodigdheden van de beer. Normaal gesproken is de balans tussen waterwinning door vetverbranding en waterverlies door adem en verdamping zo accuraat dat de beer de hele winter lang niet hoeft te drinken of te urineren.

Aangezien de beer niet eet hoeft het ook geen feces af te scheiden. Een bepaalde hoeveelheid overtollig water word waarschijnlijk in het verdwenen vettige weefsel opgeslagen. Dit gaat verloren wanneer de beer wakker word en daardoor lijkt de beer snel magerder te worden na de winterslaap. Een enkele keer kan de balans niet nauwgezet genoeg zijn en zal de beer op moeten staan om te drinken of te urineren om de weer op het juiste niveau te beginnen.

Een nevenprodukt van vet metabolisme is glycerine. Dit word door de beer gebruikt om te kombineren met stikstof afval van proteïne metabolisme om de aminozuren die de beer gebruikt opnieuw op te bouwen. Dit voorkomt de opbouw van urea tot giftige niveau's waardoor de beer gedwongen zou zijn te urineren of te sterven. Mensen en andere zoogdieren kunnen stikstof recyclen tot aminozuren met behulp van synthese door darmbacterien maar dit proces heeft op z'n best slechts een efficiency van 20%.

De recycling van stikstof bij de beer is zo goed als 100%. Het is zelfs zo dat de proteïne stofwisseling bij de beer tijdens zijn winterslaap op een onverwacht hoog niveau ligt. Ondanks de maandenlange inactiviteit verliest de beer geen spiermassa en verzwakt niet. Sommige beren lijken wakker te worden met een beter spierstelsel dan dat hetgeen dat ze hadden toen ze in slaap vielen.

Waneer andere zoogdier grote hoeveelheden vet verbranden, komen giftige nevenprodukten genaamt ketones in steeds grotere hoeveelheden in het bloed terecht. By mensen met suikerziekte veroorzaken deze gifstoffen een coma. Bij kleine zoogdieren denkt men dat de opbouw van ketones leid to de prikkel om wakker te worden. Beren bouwen geen noemenswaardige niveau's ketones op ondanks dat ze puur op hun vetreserves leven.

Hoe ze dit voor elkaar krijgen is nog steeds een mysterie maar blijkbaar recyclen ze ketones tot nieuw vet. Als mensen of andere zoogdieren gedwongen worden tot lange inactiviteit verliezen ze calcium uit hun botten en riskeren ze uiteindelijk oseoporosis (botontkalking). Beren recyclen op de een of andere manier calcium zodat hun botten niet het minste teken van verzwakking tonen en het calciumniveau in hun bloed blijft normaal. Tijdens hun winterslaap verdrievoudigt het cholesterol in het bloed van de beer maar ondanks dat krijgen ze nooit galstenen of vertonen ze enige indicatie van vaatziekten.

Beren doen er meerdere weken over om in hun winterslaap te vallen, meestal van Oktober tot November. Meestal nemen ze er ook een paar weken voor om er uit te komen in de lente van Maart tot Mei. Tijdens deze tijd word hun metabolisme verlaagt en raken ze in een staat van "lopende winterslaap." Ze hebben weinig trek en zijn langzaam in hun bewegingen. De lengte van de winterslaap hangt af van de strengheid van het klimaat wat varieert van een paar maanden in het zuiden tot 6 maanden of meer in Main of de High Rockies in Amerika. In echt koude gebieden is de winterslaap ook merkbaar dieper. In de warmste gebieden als Florida houden de beren vaak helemaal geen winterslaap.

De potentiele medische toepassingen zijn groot.

Winterslaap studies kunnen waardevolle kennis opleveren voor het behandelen van extreme dikheid, suikerziekte, hart en vaatziekten, osteoporosis, spierziekten, nieraandoeningen en galblaas problemen. Het veroorzaken van een staat die lijkt op die van een winterslaap met een vergelijkbaar hoog gehalte proteïne metabolisme zou van enorme waarde zijn voor het behandelen van mensen met erge verbrandingen of zwaargewonden.

Er zijn al resultaten behaald. Het speciale ingredient in het gal van de beer, ursodeoxycholcic acid, wat ervoor zorgt ervoor dat cholesterol niet crystaliseert word al gebruikt om galstenen op te lossen bij menselijke patienten. Onderzoek naar het stikstof recycling systeem van de beer heeft geleid tot de ontwikkeling van speciale dieeten voor nierpatienten die ervoor zorgen dat ze lang niet zo vaak nier dialyses hoeven te ondergaan, of in sommige gevallen het helemaal kunnen vermijden.

Het onderzoek naar de winterslaap van de beer is ook van belang voor NASA. Het verlies van spierkracht en botmassa is een van de grootste problemen voor mensen die voor lange periodes in een gewichtloze situatie moeten verblijven, zoals de mensen die ruimtestations bemannen.

Leren hoe de beer verlies van spier en bot voorkomt kan leiden tot een effectieve behandeling om dit bij mensen te voorkomen. Momenteel is het grootste obstakel voor interplanetaire vluchten voorbij de maan de enorme kosten voor het gewicht van de life support systemen voor de astronauten op missies die maanden of jaren duren. Het is gewoonweg niet te betalen om al de benodigde voorraden voor zelfs een paar astronauten voor zo'n lange tijd mee te nemen.

Als dezelfde soort winterslaap voor als die van beren in mensen opgewekt zou kunnen worden dan zou de missie met dramatisch gereduceerde voorraden af kunnen en de reis voor de astronauten veel gemakkelijker gemaakt kunnen worden.

Het zou interplanetaire reizen tot iets praktisch maken. Dit is nog verre toekomstmuziek maar het idee om dit te bereiken is fascinerend en zou nog veel meer toepassingen kunnen hebben.

21:22 Gepost door human | Permalink | Commentaren (0) |  Facebook |

De commentaren zijn gesloten.