Ketika berhadapan dengan predator atau bahaya yang sedang mengancam, secara tiba-tiba detak jantung akan bertambah kencang, pernapasan semakin cepat, dan bahan bakar dalam bentuk glukosa dipompa ke seluruh tubuh untuk mempersiapkan diri bagi hewan untuk melakukan tindakan selanjutnya : bertarung atau melarikan diri. Perubahan fisiologis ini, yang merupakan respon “melawan atau berlari”, telah lama diduga sebagiannya dipicu oleh hormon adrenalin.
Tetapi sebuah penelitian terbaru dari para peneliti Columbia University menunjukkan bahwa vertebrata tidak dapat mengerahkan respons terhadap bahaya tanpa didukung oleh tulang rangkanya. Para peneliti menemukan bahwa pada tikus dan manusia sesaat setelah otak mengetahui adanya bahaya, ia segera memerintahkan kerangka untuk membanjiri aliran darah dengan hormon osteokalsin yang diturunkan dari tulang. Di mana hormon ini diperlukan untuk mengaktifkan respons melawan atau berlari.
“Pada vertebrata bertulang, respons stres akut tidak mungkin terjadi tanpa osteokalsin,” kata peneliti senior studi Gérard Karsenty, ketua Departemen Genetika dan Pengembangan di Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons.
“Ini benar-benar mengubah cara kita berpikir tentang bagaimana respons stres akut terjadi.”
“Pandangan terhadap tulang hanya sebagai kumpulan tabung terkalsifikasi sangat mengakar dalam budaya biomedis kita,” kata Karsenty. Tetapi sekitar satu dekade yang lalu, labnya berhipotesis dan menunjukkan bahwa kerangka memiliki pengaruh tersembunyi terhadap organ lainnya.
Penelitian mengungkapkan bahwa kerangka dapat melepaskan hormon osteokalsin, yang bergerak melalui aliran darah untuk mempengaruhi fungsi biologi dari pankreas, otak, otot, dan organ lainnya.
Serangkaian penelitian sejak itu telah menunjukkan bahwa osteokalsin membantu mengatur metabolisme dengan meningkatkan kemampuan sel untuk menggunakan glukosa, meningkatkan daya ingat, dan membantu berbagai hewan yang berjalan cepat, dengan daya tahan yang lebih besar.
Mengapa tulang memiliki semua efek yang tampaknya tidak berhubungan ini pada organ lain?
“Jika Anda menganggap tulang sebagai sesuatu yang berevolusi untuk melindungi organisme dari bahaya — tengkorak melindungi otak dari trauma, kerangka itu memungkinkan vertebrata untuk melepaskan diri dari pemangsa, dan bahkan tulang di telinga memperingatkan kita untuk bahaya yang mendekat — fungsi hormonal dari osteokalsin mulai dipahami,” kata Karsenty. Jika tulang berevolusi sebagai sarana untuk keluar dari bahaya, Karsenty berhipotesis bahwa kerangka itu juga seharusnya telah terlibat dalam respons dari stres akut, yang diaktifkan dengan adanya sinyal bahaya.
Jika osteokalsin membantu mengatasi respons dari stres akut, ia harus bekerja dengan cepat, dalam hitungan beberapa menit pertama setelah bahaya terdeteksi.
Dalam studi terbarunya, para peneliti memberikan urin predator dan berbagai pemicu stres lainnya kepada tikus. Selanjutnya mereka mengamati perubahan yang terjadu dalam aliran darah. Dalam 2 hingga 3 menit, para peneliti menemukan bahwa kadar osteokalsin meningkat.
Demikian pula pada manusiia, para peneliti menemukan bahwa osteokalsin juga kadarnya akan melonjak pada orang ketika mereka mengalami tekanan saat berbicara di depan umum atau sedang menunggu hasil ujian.
Ketika kadar osteokalsin meningkat, detak jantung, suhu tubuh, dan kadar glukosa darah pada tikus juga akan meningkat ketika respons untuk melawan atau berlari muncul.
Sebaliknya, tikus yang telah direkayasa secara genetika sehingga mereka tidak dapat menghasilkan osteokalsin atau reseptornya sama sekali tidak peduli dengan sesuatu yang dapat menimbukan tekanan atau stres. “Tanpa osteokalsin, mereka tidak akan bereaksi keras terhadap bahaya yang dirasakan,” kata Karsenty. “Di alam liar, waktu mereka tidak banyak.”
Sebagai pengujian terakhir, para peneliti dapat menghasilkan respons stres akut pada tikus yang tidak stres, hanya dengan menyuntikkan sejumlah besar osteokalsin.
Temuan ini juga dapat menjelaskan mengapa hewan tanpa kelenjar adrenal dan pasien yang tidak cukup adrenal — tanpa sarana untuk memproduksi adrenalin atau hormon adrenal lainnya — dapat mengembangkan respons dari stres akut.
Di antara tikus, kemampuan ini menghilang ketika tikus tidak dapat menghasilkan sejumlah besar osteokalsin.
“Ini menunjukkan kepada kita bahwa kadar osteokalsin yang bersirkulasi cukup untuk mendorong respons dari stres akut,” kata Karsenty.
Fisiologi mungkin terdengar seperti biologi kuno, tetapi teknik genetik baru yang dikembangkan dalam 15 tahun terakhir telah menjadikannya sebagai batas baru dalam sains.
Kemampuan untuk menonaktifkan gen tunggal di dalam sel-sel tertentu pada hewan, dan pada waktu tertentu, telah mengarah pada identifikasi berbagai hubungan antar organ yang baru. Kerangka hanyalah salah satu contoh; jantung dan otot juga memberikan pengaruh pada organ-organ lainnya.
“Saya tidak ragu bahwa ada lebih banyak sinyal antar-organ baru yang ditemukan,” kata Karsenty, “dan interaksi ini mungkin sama pentingnya dengan yang ditemukan pada awal abad ke-20.”
Penelitian ini telah diterbitkan di Cell Metabolism.
