Skrevet av Vebjørn Jacobsen Melum, forskningsgruppen Arctic Chronobiology and Physiology
Jorda roterer rundt sin egen akse og samtidig går den i en elliptisk bane rundt sola. Ved å rotere rundt sin egen akse skaper den natt og dag for majoriteten av verdens befolkning. Ved å gå i bane rundt sola skapes årstider. Både natt og dag og årstider er rytmiske hendelser som gjentar seg, dag etter dag, og år etter år. I de polare områdene er de lysmessige endringene gjennom et år fenomenale. Det går fra 24 timer med mørke til 24 timer med fullt dagslys. Som en følge av denne ekstreme endringen i lysinnstråling og temperatur er det store svingninger i planteproduksjon. For dyr som lever av å spise planter, går det fra perioder med overflod til perioder med minimal næringstilgang. For å overleve i et slikt miljø, hele året, kreves intrikate tilpasninger. Det finnes utallige av dem, og en av dem er å gå i dvale i den del av året som byr på ugunstige næringsforhold.
Arktisk jordekorn (foto: Shona Wood)
Et av de mest ekstreme eksemplene er arktisk jordekorn. De lever i Nord-Amerika og Sibir, og tilbringer opp til 8 måneder av året under jorda i sine hi hvor de ligger i dyp dvale. Ved hjelp av denne livsstrategien sparer de energi, men hvordan kan de klare å svitsje mellom full aktivitet og en nærmest komatøs tilstand?
De fleste pattedyr har en kroppstemperatur på rundt 36-37 grader. Denne høye temperaturen sørger for effektiv drift av kroppslige funksjoner. Muskulatur eller fordøyelse fungerer uavhengige av dagens værmelding, på en helt annen måte enn hos vekselvarme dyr som frosk og slanger. Likevel har det en pris. En høy kroppstemperatur forutsetter et høyt stoffskifte (metabolsk aktivitet), altså at kroppen bruker mye energi bare på å holde seg i gang (hvilemodus). Derfor vil en lavere temperatur gi lavere metabolsk aktivitet og mindre energi vil brukes per tidsenhet (sparebluss). Og det er dette prinsippet dyr som kan gå i dvale utnytter til sin fordel, i en unik energisparende strategi. For mange gnagere, som arktisk jordekorn, er i stand til å senke kroppstemperaturen sin til nær omgivelsestemperaturen. «Verdensrekorden» er så lavt som -2.9 grader, det vil si under frysepunktet til vann! Hvordan i alle dager kan et pattedyr tolerere å ha en så lav kroppstemperatur og hva er det som utløser denne dramatiske endringen?
Hjernens termostat (illustrasjon: Shona Wood, Vebjørn J. Melum)
For å forstå det må vi se til hjernen. Inne i hjernen er det et kontrollsenter for kroppstemperatur. Den ledende teorien om hvordan et pattedyr kan nå minusgrader, er at hjernens termostatfunksjon er blitt skrudd ned til, nettopp, minusgrader. Hvis hjernen sier at minusgrader er greit, ja da iverksettes ingen motstandsmekanismer for å forhindre at kroppstemperaturen faller så lavt. Kroppen lar seg rett og slett kjøle ned av omgivelsene. Men hjernen aksepterer ikke alt. Det kommer en nedre grense for hva hjernen og kroppen tåler. Når grensen nås, ringer alarmbjellene.
Gnagerkroppen starter da å aktivt produsere varme, akkurat som en ovn som får beskjed av termostaten at temperaturen er for lav. Og sånn kan et arktisk jordekorn holde det gående. Det kan ligge i sitt hi, sammenkrøllet og holde en jevn kroppstemperatur på rundt minus 1 grad i en måned. Men, med så lave temperaturer, hvordan kan hjertet fortsette å slå slik at blodet sirkulerer? Hvordan kan cellene i hele dyret få det oksygenet og energien de trenger? Og hva skjer så etter en hel måned i denne tilstanden?
Hamster i dvale (foto: Vebjørn J. Melum)
Våken hamster (foto: Vebjørn J. Melum)
Etter en måned begynner temperaturen plutselig å stige igjen. Hurtig stiger den tilbake til «normal» kroppstemperatur på rundt 36-37 grader. Her holder den seg i noen timer, mens gnageren fortsatt ligger sammenkrøllet som en ball og tilsynelatende sover, før den returnerer ned til minusgradene. Hvordan hjernen igangsetter og kontrollerer vekslingen mellom dyp dvale og oppvåkning/gjenoppvarming vet vi fortsatt ikke. Vi vet heller ikke nøyaktig hvor hjernens termostatfunksjon er lokalisert, eller hvordan den blir regulert for å bestemme når et dyr skal gå inn i dvale.
Det vi vet er at det er et uhyre spennende forskningsområde som vi i forskningsgruppen Arktisk kronobiologi og fysiologi prøver å finne svar på. Om vi lykkes i å forstå hvordan jordekornet skrur ned hjernens termostat vil det ha potensiale til å kunne brukes i en rekke medisinske sammenhenger. Blant annet hvordan man kan minimere systemisk vevsskade ved hjertestans og slag, og hvordan man kan bevare organer som skal transplanteres.
