Kako se naše tijelo prilagođava ekstremnoj hladnoći

JAKA zimska oluja poharala je proteklih tjedana sjeveroistok Sjeverne Amerike.

Caru Ocobock, biološka antropologinja sa Sveučilišta Notre Dame, pokušava shvatiti kako se ljudsko tijelo prilagođava ekstremnoj hladnoći. “Mnogo bolje se nosim s hladnoćom nego s vrućinom”, kaže Ocobock za Wired.

Znanstvenici, poput Ocobock, nedavno su otkrili razne fiziološke prilagodbe povezane s hladnoćom. One se kreću od anatomskih do metaboličkih promjena, a mogu proizaći iz generacija prirodne selekcije ili kratkoročnih učinaka aklimatizacije.

Kako se nositi s ekstremnom hladnoćom?

Ocobock se pita što možemo naučiti o ljudskim tijelima u klimatskim promjenama: “Postoje ljudi koji žive u raznim klimama generacijama, a sada vidimo brze promjene vremena i klime. Kako naša tijela reagiraju na to? Postoji li granica u tome kako mogu odgovoriti na promjene?”

Klimatske promjene stvaraju i pojačavaju izbjegličke krize. “Ljudi migriraju u okruženja u kojima nikada prije nisu bili”, kaže Ocobock, ističući prisutnost sudanskih izbjeglica u Finskoj. Nova saznanja pomažu nam shvatiti kako se nositi s ekstremnom hladnoćom i kako se pripremiti na njezino polagano nestajanje.

Ocobock je počela istraživati prije deset godina, kada je kao studentica putovala u Wyoming kako bi prikupila podatke od polaznika neprofitne Nacionalne škole za vodstvo na otvorenom. Tijekom šestotjednih zimskih ekspedicija u Wyomingu, pješačila bi paralelno sa studentima i podizala šator nekoliko kilometara dalje. Svaki bi dan dolazila izmjeriti njihovu težinu, prikupiti uzorke urina, monitore aktivnosti i putne dnevnike. Nadala se da bi joj ova mjerenja mogla pomoći u predviđanju slabo razumljivih energetskih zahtjeva koje hladno okruženje postavlja ljudskim tijelima.

Putnici zimi troše iznenađujuće malo kalorija kako bi ostali topli

“Ljudi bi odlazili na te tečajeve i vraćali se bitno mršaviji. U nekim slučajevima, ljudi su gubili puno mišićne mase i imali teškoća s oporavkom”, kaže američka znanstvenica.

Otkrila je da putnici zimi troše iznenađujuće malo kalorija kako bi ostali topli. “Nemaju vanjske izvore grijanja. Žive u šatorima, a sa sobom nose samo odjeću. Svaki dan su vrlo izloženi vremenskim nepogodama”, kaže Ocobock. Ovi uvjeti bi trebali izazvati drhtanje mišića dok tijelo radi prekovremeno, ali Ocobock je primijetila da je vježbanje povećalo taj teret. Jednostavno kretanje po snježnom okruženju na skijama za trčanje i krpljama promijenilo je tjelesnu računicu.

Pokazalo se da samo 20 do 30 posto kalorija koje mišići sagore odlazi na stvarno obavljanje aktivnosti, a velik dio ostatka manifestira se kao toplina. Međutim, kada je hladno, ova toplina nije rasipanje, nego smanjuje troškove toplinske regulacije.

Ovo je potaknulo njezinu znatiželju o hladnoj klimi. Tako je, nakon Wyominga, Ocobock započela projekt s uzgajivačima sobova u Finskoj, među kojima je bio i starosjedilački narod Sámi.

Tri pravila

Povijesna istraživanja dala su fiziologiji hladnoće tri vodeća načela relevantna za mnoge toplokrvne životinje: Bergmannovo pravilo, Allenovo pravilo i Thomsonovo pravilo. Njemački anatom Carl Bergmann teoretizirao je 1847. da su životinje sličnih vrsta obično veće u hladnim klimama. Na primjer, polarni medvjedi su veći i teži od prosječnog grizlija. Trideset godina nakon Bergmanna, američki ornitolog Joel Asaph Allen dodatno je razvio teoriju o većim tijelima. Polarni medvjedi imaju zdepastije udove i manje uši od crnih medvjeda. Dvadesetih godina prošlog stoljeća, britanski antropolog Arthur Thomson tvrdio je da ljudi na hladnim mjestima imaju duže i uže nosove.

Bergmannove i Allenove teorije govorile su o važnosti zadržavanja topline tijela u jezgrama; Thomson je pretpostavio da nosne šupljine kondicioniraju zrak iz okoline prije nego što on dospije u pluća. Hladan, suhi zrak može nadražiti dišne puteve i pluća te može oslabiti osjet mirisa. Ali, u užoj šupljini hladni suhi zrak dulje se miješa s toplom krvlju i vlagom.

Thomsonovo pravilo pojednostavljuje ono što je zapravo složeni dio naše evolucije na koji vjerojatno utječu drugi čimbenici, poput seksualne privlačnosti. Istraživači su u prošlom desetljeću pronašli dokaze temeljene na proučavanju ljudi koji potječu iz sjeverne Europe, zapadne Afrike, južne Azije i istočne Azije. Ti dokazi pokazuju da se šire nosnice češće pojavljuju među ljudima na hladnijim mjestima, što ukazuje na prilagodbu okolišu.

Bergmannova i Allenova pravila potvrđena su i pri usporedbi starih podataka o veličinama tijela u toplim klimama s podacima o populacijama Sámi, Inuita i Yuita. Ali studija iz 2013. pokazala je da se Bergmannovo pravilo primjenjuje samo kada su grupe udaljene 50 stupnjeva geografske širine ili žive na mjestima s temperaturnom razlikom od 30 stupnjeva. Kada udaljenosti i temperature nisu toliko različite, ni veličine tijela nisu značajno različite.

Što se događa unutar tijela?

Danas su fiziolozi i antropolozi poput Ocobock više usredotočeni na razlikovanje onoga što se događa unutar tijela koja su navikla na hladnoću. Naša tijela stvaraju vlastiti vitamin D od prekursorske kemikalije, 7-dehidrokolesterola, koja apsorbira UV-B zrake sunčeve svjetlosti. U blizini ekvatora ima dovoljno jakog sunca da ljudi mogu dobiti zalihe vitamina D. Zapravo, rizik je previše sunčeve svjetlosti koja uzrokuje rak, pa ljudi imaju više melanina, pigmenta kože koji apsorbira UV zračenje. Ali, kako je u hladnim klimama manje sunca, melanin se natječe s 7-dehidrokolesterolom za slabiju sunčevu svjetlost pa tijelo može patiti zbog nedovoljne proizvodnje vitamina D. Stručnjaci vjeruju da se zato u ljudi koji su u dalekoj prošlosti živjeli na sjevernim geografskim širinama razvila svjetlija koža, koja brže sintetizira vitamin D.

Druge prilagodbe održavaju tijelo toplim. Krvne žile sužavaju se kada je hladno kako bi se ograničio protok krvi u ekstremitete poput ruku i stopala. To ograničava spretnost i pokretljivost, ali također smanjuje gubitak topline. Međutim, kad temperatura kože dovoljno padne, tijelo nakratko pušta toplu krv da ponovo uđe u prste na rukama, nogama, ušima i nosu. Ovo širenje krvnih žila objašnjava zašto su nam uši crvene i bolne na hladnoći. Stanovništvo u hladnim dijelovima svijeta navodno ima brže cikluse između vazokonstrikcije i vazodilatacije, što osigurava uravnoteženiju regulaciju temperature u ekstremnim uvjetima. I to nije ništa novo: DNK iz četiri tisuće godina stare kose sačuvane na Grenlandu pokazao je znakove vazokonstrikcije.

Isti uzorak kose pokazao je i genetske znakove visokog indeksa tjelesne mase, što je još jedna prilagodba na hladnoću. Salo i mišići izoliraju tijelo, a populacije koje žive na hladnim mjestima u prosjeku održavaju više i jednog i drugog. Znanstvenici su nekoć vjerovali da tijela drhte kako bi proizvela toplinu, što je opovrgnuto kada su shvatili da smeđe masno tkivo, posebna vrsta sala, omogućuje glodavcima da proizvode toplinu bez drhtanja.

Smeđa masnoća

Zatim, prije otprilike 20 godina, znanstvenici su otkrili smeđu masnoću kod odraslih ljudi. Nitko je nema puno, najviše 100 grama, uglavnom oko vrata, leđa, ramena, srca i bubrega. Antropolozi su je uglavnom pratili kod ljudi koji žive u hladnim okruženjima. Smeđa masnoća postala je kvazisinonim za prilagodbu na hladnoću i navodne zdravstvene dobrobiti izlaganja hladnoći: sagorijeva kalorije za proizvodnju topline kada vam je hladno, a studije su pokazale da pomaže u regulaciji pretilosti i šećera u krvi. Prošle godine Ocobock je otkrila da smeđa mast ubrzava metabolizam finskih uzgajivača sobova za oko devet posto kada im je hladno.

Međutim, količina smeđeg sala varira od osobe do osobe. Izloženost hladnoći u ranom životu vrlo je važna, kaže Stephanie Levy, biološka antropologinja s Hunter Collegea, koja proučava “plastičnost” smeđeg sala tijekom života ljudi. Imaju li ljudi koji kao djeca više vremena provode na hladnom više smeđeg sala kao odrasli? U maloj studiji objavljenoj 2021. godine otkrila je da su odrasli imali više smeđeg sala kada su bili više izloženi hladnoći između druge i pete godine.

No, stručnjaci upozoravaju da biološke prilagodbe same po sebi ne određuju je li netko stvoren za hladnoću. Kao prvo, ljudi su migrirali u hladnije klime tek prije manje od 100.000 godina, što je tek treptaj u evolucijskim vremenskim okvirima.

“Neke od tih prilagodbi zapravo nisu tako dramatične kao što mislimo”, kaže François Haman, koji studira toplinsku fiziologiju na Sveučilištu u Ottawi, u Kanadi. Haman primjećuje da se osobine poput veličine i oblika tijela, ruku, stopala i ušiju jako razlikuju unutar svake populacije, kao i količina smeđeg sala kod osobe.

“Kada je osobina vrlo varijabilna, ponašanje je zapravo važnije za preživljavanje od genetike”, kaže Haman za Wired. Najvažnije je da se pojedinac nauči prilagoditi rizicima hladnih mjesta, kao što je rizik propadanja kroz tanak led na jezeru ili rizik neprikladnog odijevanja. “Ono što populacije koje žive na hladnom imaju, a mi nemamo, tisuće su godina prakse življenja u hladnim uvjetima. Njihovo ponašanje i donošenje odluka puno je bolje od našeg”, nastavlja Haman.

Na primjer, odjeća od kože karibua koju izrađuju inuitske populacije toplija je od standardnih zimskih uniformi kanadske vojske.

Ipak, postoji jedan faktor X koji se ne čini ni genetski ni naučen. Levy i Ocobock su iz Michigana, ali Levy mrzi hladnoću. Ocobock također ističe proturječne percepcije stočara i Finaca: “Čak i među domaćim Fincima koji su tamo cijeli život, kao i njihove obitelji, postoje neki koji ne podnose zimu.”