Apa Haus?

Versi aslinya dari cerita ini muncul di Berapa banyak majalah.

Air adalah kebutuhan paling mendasar untuk semua kehidupan di bumi. Tidak setiap organisme membutuhkan oksigen, dan banyak yang membuat makanan sendiri. Tetapi untuk semua makhluk, dari mikroba laut dalam dan cetakan lendir ke pohon dan manusia, air tidak dapat dinegosiasikan. “Tindakan kehidupan pertama adalah penangkapan air dalam membran sel,” tulis sepasang ahli neurobiologi dalam ulasan baru -baru ini. Sejak itu, sel harus tetap cukup basah untuk tetap hidup.

Air adalah media di mana semua reaksi kimia dalam suatu organisme terjadi, dan reaksi -reaksi tersebut disetel dengan baik pada rasio sempit antara air dan garam, bahan penting lainnya dalam kimia kehidupan. Sel-sel dalam tubuh Anda permeabel pada air, jadi jika keseimbangan garam air dari cairan di sekitarnya-darah, getah bening, atau cairan serebrospinal, misalnya-berada di luar jangkauannya yang sehat, sel-sel dapat membengkak atau menyusut, menyusut, atau berpotensi meledak. Ketidakseimbangan dapat menyebabkan sel -sel otak mengalami kerusakan, kehilangan kemampuan mereka untuk mengelola konsentrasi ion di seluruh membran mereka dan menyebarkan potensi aksi.

Meskipun efek air yang tidak mencukupi ini dirasakan oleh setiap sel dalam tubuh, sel -sel itu sendiri tidak menangis pada kehausan. Sebaliknya, otaklah yang memantau tingkat air tubuh dan memanifestasikan pengalaman kehausan – lidah kering, tenggorokan panas, dan timbulnya malaise yang cepat – yang memaksa perilaku: memperoleh air.

“Sirkuit saraf yang mengendalikan kelaparan dan kehausan terletak jauh di dalam struktur otak primitif seperti hipotalamus dan batang otak,” kata Zachary Knightseorang ilmuwan saraf di University of California, San Francisco, yang baru saja bersama makalah ulasan di neuron pada neurobiologi kehausan.

Karena area otak ini sulit dipelajari – tidak hanya ke lokasi mereka tetapi juga untuk komposisi mereka, dengan banyak jenis sel yang berbeda dan sirkuit silang – hanya dalam satu dekade terakhir atau lebih sehingga para ahli saraf telah mulai memahami bagaimana kehausan secara fundamental bekerja. Tubuh, para peneliti telah menemukan, diisi dengan sensor yang memberi petunjuk kepada otak tentang berapa banyak air atau garam yang perlu dikonsumsi oleh organisme. Bagaimana sensor -sensor itu bekerja, atau apa adanya, terus menghindari para ilmuwan. Keberadaan mereka menawarkan wawasan yang menggiurkan: air mungkin menjadi dasar kehidupan, tetapi kehausan adalah tebakan yang berpendidikan.

Penginderaan lingkungan

Untuk memahami kehausan pada mamalia, pikirkan saja tubuh yang menyatakan fakta pada otak— “Saya butuh air” —dan lebih sebagai otak yang memantau lingkungannya, tubuh. Seperti seorang ahli ekologi yang mencicipi sungai, otak memeriksa komposisi kimia darah untuk mempelajari apa yang dibutuhkan tubuh.

Dalam hampir semua kasus, yang disebut penghalang darah-otak Melindungi otak dari bakteri, virus, atau bahaya lain yang beredar dalam darah. Tetapi ada beberapa pengecualian di mana otak secara langsung berinteraksi dengan darah, termasuk dalam organ curumventricular, jauh di dalam otak dekat hipotalamus.

Dua organ ini – organ vaskular lamina terminalis (ovlt) dan organ subfornical (SFO) – adalah organ sensorik tidak berbeda dengan hidung atau telinga. Mereka bertindak seperti para ilmuwan mencelupkan ember ke sungai darah tubuh untuk menguji kesehatannya. Otak menyimpulkan kebutuhan garam dan air tubuh dari data itu dan menyalurkan informasi ke sirkuit saraf di daerah yang bahkan lebih dalam, yang kemudian dapat memicu apa yang kita alami sebagai kehausan – tenggorokan gatal, mulut kering, dan otak berkabut yang menyertai keinginan untuk air.

Organ pengujian darah tidak mengukur level air melainkan konsentrasi garam, yang kisaran sehatnya hampir berada di hampir Konsentrasi yang persis sama seperti air intertidal payau di mana vertebrata pertama kali berevolusi (yang sekitar sepertiga sama asinnya dengan air laut). Ketika rasio garam air terlalu rendah, kita menjadi haus. Tubuh manusia adalah sekitar 60 persen air, meskipun jumlah itu bervariasi dari jaringan ke jaringan (tulang adalah 31 persen, otak 73 persen, paru -paru 83 persen). Perubahan antara 1 persen dan 3 persen dalam kadar air darah, yang biasanya sekitar 60 persen, cukup bagi OVLT dan SFO untuk memulai perasaan yang akrab dan tidak menyenangkan yang memotivasi perilaku. Jika kadar garam tinggi, hewan minum.

Tetapi ada keterputusan antara air minum dan memperbaiki keseimbangan garam air. Dibutuhkan 30 hingga 60 menit untuk air masuk ke aliran darah setelah dikonsumsi, dan otak tidak bisa menunggu lama untuk mencari tahu apakah tubuh memiliki air yang dibutuhkan. Itu harus membuat keputusan lebih atau kurang segera; Seekor binatang tidak bisa duduk dan tidak melakukan apa pun selain minum air selama setengah jam.

Jadi, otak menebak. Lebih banyak sensor misterius itu menendang. Satu secara kasar memperkirakan volume air yang melewati mulut dan tenggorokan dan mengirimkan sinyal awal ke otak. Sinyal kedua berasal dari usus – dari jenis sel spesifik yang merespons air dan bahkan ke peregangan mekanis Dari lambung saat mengambil air masuk. Dalam satu menit, sinyal -sinyal ini mencapai otak dan menghalangi neuron di OVLT dan SFO yang diaktifkan untuk memicu kehausan. Respons haus mati; Tenggorokan mendingin, dan mulut menjadi lembab lagi.

Haus, bagaimanapun, hanya mewakili satu sisi mempertahankan homeostasis. Garam – lebih khusus lagi, natrium – adalah salah satu hal terpenting yang dikonsumsi hewan. Hewan membutuhkan natrium untuk neuron untuk menembakkan potensi aksi, agar protein menjaga bentuk dan fungsinya, dan untuk reaksi kimia terjadi di dalam sel – bisnis kehidupan sehari -hari. Kita perlu mempertahankan konsentrasi ion natrium dalam cairan tubuh kita untuk memungkinkan semua fungsi tersebut. Itu sisi lain dari kehausan.

“Hanya ada beberapa hal yang sangat penting bagi tubuh Anda sehingga ada dorongan yang sepenuhnya bawaan untuk mendapatkannya jika Anda mengalami kekurangan,” kata Knight. “Oksigen, makanan, air, dan natrium.”

Namun, hewan seperti kita tidak mengalami keinginan garam sebagai dorongan yang kuat dan mengendalikan seperti yang kita lakukan dengan oksigen, makanan, dan air. Sensor memberi sinyal kadar garam ke otak; Selain OVLT dan SFO, sensor di jantung mendeteksi peregangan atrium dan ventrikel. Tapi tidak ada pang garam analog saat kita membutuhkannya, cara perut mengoceh untuk makanan atau tenggorokan gatal berteriak untuk air. Sebaliknya, kebutuhan untuk mengkonsumsi garam dimediasi oleh rasa dan jalur imbalan otak. “Rasa garam adalah bimodal,” kata Knight. “Rasanya enak dalam dosis rendah; pada dosis tinggi rasanya menjijikkan, seperti minum air laut.”

Bayangkan keinginan untuk makan sekantong besar keripik kentang. Jika tubuh membutuhkan garam, keripik itu akan menyebabkan gelombang dopamin yang menyenangkan untuk membanjiri otak. Jika tubuh tidak membutuhkan garam, tetesan dopamin itu menghilang. “Ini adalah pembelajaran penguatan yang cukup banyak,” kata Yuki Okaseorang ahli saraf di California Institute of Technology yang mempelajari bagaimana tubuh mempertahankan homeostasis. “Lebih banyak dopamin berarti perilaku berulang.”

Semua orang haus secara berbeda

Para ilmuwan memantau data mengumpulkan sungai dan kemudian memiliki pilihan tentang apakah akan bertindak atas temuan mereka. Demikian pula, hanya karena otak mengukur kadar natrium darah tidak berarti harus bertindak berdasarkan informasi itu.

Ambil tupai tanah Elena Gracheva yang berlapis tiga belas. Grachevaseorang ahli saraf di Sekolah Kedokteran Yale, mempelajari hewan pengerat ini, yang berasal dari padang rumput Amerika Utara, untuk memahami bagaimana daerah otak spesifik mengendalikan kehausan. Tupai tanah tiga belas berlapis adalah model yang ideal untuk ini, katanya, karena hibernasi selama lebih dari setengah tahun, tanpa makan atau minum. “Mereka seperti bhikkhu,” kata Gracheva. “Mereka tidak pergi ke luar selama delapan bulan. Mereka tidak memiliki air di liang bawah tanah mereka.” Bagaimana mereka tidak merasa haus?

Bukannya tupai tidak membutuhkan air. Mereka melakukannya. Tubuh mereka berteriak untuk itu. Tetapi menurut penelitian Gracheva, selama hibernasi otak mereka mengabaikan sinyal tubuh.

Pada mamalia, penurunan level air darah (yang berarti peningkatan konsentrasi garam secara simultan, semua hal menjadi sama) memicu dua proses digabungkan. Hipotalamus memompa hormon vasopresin, yang memberitahu ginjal untuk menahan air daripada membiarkannya keluar sebagai urin, dan SFO memulai drive yang haus untuk mengarahkan hewan untuk minum. Namun, sementara tupai tanah berhibernasi, mereka Level vasopresin melompattapi hewan itu masih belum minum. “Sirkuit untuk vasopresin normal, tetapi neuron haus diturunkan regulasi,” kata Gracheva. “Kedua jalur ini tidak dipisahkan.” Tubuh berusaha menahan air yang dimilikinya tetapi tidak bertindak untuk mengkonsumsi lebih banyak.

Logika sirkuit yang terganggu sangat kuat. “Bahkan jika Anda membangunkannya di tengah hibernasi, mereka tidak akan minum,” kata Gracheva.

Jaringan yang mendasari yang dipelajari Gracheva dalam tupai bersifat universal dalam mamalia, hingga dan termasuk manusia. Tetapi logika neurologis yang sama tidak mengarah pada perilaku yang sama. Manusia minum segelas air saat haus. Kucing dan kelinci kebanyakan mendapatkan air dari makanan yang mereka makan. Unta dapat membakar penyimpanan lemak mereka untuk air (yang menghasilkan karbon dioksida dan air), tetapi mereka juga mengkonsumsi galon dan menyimpannya di perut mereka ketika mereka membutuhkannya nanti. Berang -berang laut dapat minum air laut dan mengeluarkan urin lebih asin dari air tempat mereka berenang; Mereka adalah satu -satunya mamalia laut yang secara aktif melakukan ini.

Bagaimana setiap hewan mengelola air dan garam berspesialisasi untuk ekosistem, gaya hidup, dan tekanan selektifnya. Pertanyaan “Apa artinya haus?” tidak ada jawaban satu. Kita masing -masing kehausan dengan cara kita sendiri.

Cerita asli dicetak ulang dengan izin dari Berapa banyak majalahpublikasi editorial independen dari Yayasan Simons yang misinya adalah untuk meningkatkan pemahaman publik tentang sains dengan meliput perkembangan penelitian dan tren matematika dan ilmu fisik dan kehidupan.