De unieke manier waarop sommige eekhoorns tijdens hun winterslaap bijna geen energie verbranden zónder verlies van spiermassa, kan mogelijk grote gevolgen hebben voor de ruimtevaart.
In Nederland blijven de meeste eekhoorns de hele winter wakker. Maar dat is de dertienstreepgrondeekhoorn (Ictidomys tridecemlineatus) teveel van het goede. Zeker zes maanden per jaar houdt deze grondeekhoorn een diepe winterslaap, waarin hij bijna geen energie verbrandt. Je zou dan ook denken dat hij gedurende deze periode bijzonder veel spiermassa verliest. Toch wordt het beestje na een halfjaar verrassend fit wakker. Hoe hij dat voor elkaar krijgt? Onderzoekers denken het nu te weten. En dat zou zomaar eens een handigheidje voor toekomstige ruimtereizigers kunnen zijn.
Winterslaap
Wanneer de eekhoorns hun winterslaap ingaan, stoppen ze met eten en blijven tot aan de lente op hun vetreserves teren. Gewoonlijk zou dit langdurige vasten en inactiviteit de massa en functie van spieren aanzienlijk aantasten. Toch ondergaat de dertienstreepgrondeekhoorn, die veelvuldig in Noord-Amerika voorkomt, dit desastreuse lot niet.
Theorie
In de jaren tachtig werd voor het eerst een verklaring voor dit opmerkelijke fenomeen geopperd. Gesteld werd dat overwinterende eekhoorns een metabolische truc uithalen. Daarbij recyclen ze de stikstof in ureum – een afvalproduct dat wordt uitgescheiden in urine – en gebruiken dit om hun lichaamsweefsel tijdens de winterslaap intact te houden. “Tijdens het proces wordt het stikstofatoom dat aanwezig is in ureum vrijgemaakt door darmmicroben,” legt Matthew Regan in een interview met Scientias.nl uit. “Vervolgens gebruikt het dier dit om nieuwe eiwitten te bouwen. In plaats van dat de stikstof dus verloren gaat in urine, wordt het geborgen en goed gebruikt. Dit is belangrijk tijdens de winterslaap, omdat het dier dan niet eet en dus geen voedingsbron van stikstof heeft, wat een beperkende factor is in zijn vermogen om nieuw weefseleiwit op te bouwen.”
Bevestigd
In een nieuwe studie namen onderzoekers de proef op de som. Want ligt deze metabolische truc echt ten grondslag aan het vermogen van de grondeekhoorn om fit en vitaal uit zijn winterslaap te ontwaken? Het team ontwierp een reeks technieken en experimenten om de belangrijkste stappen uit de geopperde theorie na te gaan. En wat blijkt? “De berging van de stikstof uit ureum zorgt er inderdaad voor dat de dieren in goede vorm uit hun winterslaap komen,” zegt Regan. En daarmee hebben de onderzoekers als eerste de al lang heersende theorie definitief bevestigd.
Astronauten
Hoe deze ontdekking van nut kan zijn in de ruimte? Theoretisch, zo stelt Regan, door astronauten te helpen problemen omtrent spierverlies aan te pakken. Het is namelijk bekend dat ruimtereizen de spieren van astronauten ernstig aantasten. Dit heeft te maken met de zwaartekracht – of beter gezegd: een gebrek daaraan. Hier op aarde moeten onze spieren hard werken om op te boksen tegen de zwaartekracht. Maar in de ruimte – waar de zwaartekracht zeer beperkt is – hoeft dat niet. Het resultaat: de spieren verslappen. Gewicht dragende spieren krijgen het meeste te verduren, zoals de scholspier in het onderbeen. “De microzwaartekracht van de ruimte vermindert dus de belasting van de spieren en onderdrukt vervolgens ook de snelheid waarmee nieuwe eiwitten synthetiseren,” legt Regan uit. “Als gevolg hiervan krimpen de spieren van astronauten. Dit is de reden waarom zij als ze in de ruimte zijn een groot gedeelte van de dag sporten, om zo deze ‘spieratrofie’ te minimaliseren.”
Verre ruimtereizen
Tijdens de redelijk kortdurende verblijven op het ISS, waar ruimte is voor fitnessapparatuur, is dat niet zo’n probleem. Maar wat als we in de toekomst bemande ruimtemissies naar Mars, of naar nog verder gelegen exotische planeten ondernemen? Het is nog maar helemaal de vraag of er überhaupt een crosstrainer mee aan boord past. En het laatste wat je als Marskolonist natuurlijk wilt, is tijdens die eerste wandeling op Mars door je benen zakken en een been breken.
Oplossing
Maar daar heeft Regan iets op bedacht. “In theorie zou het mogelijk moeten zijn om hetzelfde proces dat eekhoorns tijdens hun winterse tukje gebruiken om de snelheid van spierverlies te minimaliseren, ook op astronauten toe te passen,” zegt hij. “Onderzoek uit de jaren negentig heeft namelijk enig bewijs geleverd dat mensen in staat zijn om via dezelfde truc kleine hoeveelheden ureumstikstof te recyclen. Dit suggereert dat de benodigde mechanismen aanwezig zijn. Het moet alleen geoptimaliseerd worden.” Volgens Regan is echter enige terughoudendheid op zijn plaats. “Het is belangrijk om op te merken dat deze mogelijke toepassing op dit moment alleen nog theoretisch is,” onderstreept hij. “Er moet nog veel werk worden verzet voordat dit natuurlijk ontwikkelde mechanisme tijdens de winterslaap van eekhoorns veilig en effectief vertaald kan worden naar mensen en al helemaal naar mensen aan boord van ruimtevaartuigen.”
De studie werpt hoe dan ook licht op het proces dat sommige zoogdieren in winterslaap gebruiken om de uitdaging van stikstofgebrek en afname van weefsel- of orgaanmassa het hoofd te bieden. Belangrijke kennis, die overigens niet alleen toepasbaar is op toekomstige ruimtereizigers, maar ook belangrijke gevolgen kan hebben voor medische behandelingen op aarde. Honderden miljoenen mensen wereldwijd ervaren namelijk spierverlies als gevolg van ouderdom, maar ook door verschillende aandoeningen, zoals ondervoeding en kanker. “Deze mensen zouden sterk kunnen profiteren van verbeterde capaciteiten van de synthese van weefseleiwitten,” stelt Regan. “Ik vermoed dan ook dat pas nadat de methode veilig en betrouwbaar op aarde wordt toegepast, er gekeken zal worden hoe een vergelijkbare techniek in de uitdagende omgeving van het heelal geïmplementeerd kan worden.”
