Біологія
Біологія

М'язовий термогенез забезпечив виживання каланів у холодних водах

Американські науковці описали механізм генерації тепла м'язами, який забезпечує підтримання сталої температури тіла каланів та вберігає їх від переохолодження у холодній воді. На відміну від скоротливого термогенезу цей процес відбувається без тремтіння, але завдяки «протіканню» енергії в мітохондріях скелетних м'язів. Про це йдеться в дослідженні, опублікованому в журналі Science.

Ocean Wise

Ocean Wise

Звідки взялася ідея вивчення каланів?

Ссавці є дуже різноманітною групою тварин, які населяють різноманітні, часто зовсім не схожі одне на одного середовища. Наприклад, спекотні пустелі та крижані полярні води, які вимагають наявності відповідних пристосувань для підтримання стабільної температури тіла. Жити у холодному морі тваринам часто допомагають великі розміри тіла та запаси підшкірного жиру, які іноді називають ворванню. Такі характеристики притаманні, зокрема, білим ведмедям та тюленям. Однак, як завжди, бувають і винятки. Калани (Enhydra lutris) теж живуть у холодних водах, біля північних берегів Тихого океану. Але вони одні з найменших морських ссавців із вагою від 15 до 45 кілограмів та стрункішою відносно інших морських ссавців фігурою без ворвані. Довгий час відомо, що від переохолодження каланів допомагає вберігати надзвичайно густе хутро, яке захоплює повітря й формує таким чином захисний повітряний шар для утримання тепла. Також у них втричі швидший метаболізм, ніж притаманно тваринам їхнього розміру, однак механізми, які лежать в основі цього невідомі. З'ясувати більше спробували дослідники Техаського університету A&M, Університету Аляски та Океанаріума затоки Монтерей.

Як досліджували особливості метаболізму каланів?

Вчені звернули увагу на м'язи тварин, які у ссавців можуть складати 40-50 відсотків від маси тіла. Вони відіграють важливу роль у метаболізмі організму та можуть виробляти багато тепла у процесі скорочення. Тому у багатьох тварин, зокрема людини, один із механізмів зігрівання полягає у тремтінні м'язів.

Свої досліди науковці провели на зразках скелетних м'язів, добутих від 21 калана дорослого віку та дитинчат: північного (Enhydra lutris kenyoni) та південного (Enhydra lutris nereis). Частину зразків тканин вчені отримали від врятованих тварин, які проходили хірургічне лікування уражень. Завданням дослідників було порівняти, скільки кисню витрачають м'язи каланів, у порівнянні з іншими тваринами.

То як м'язи вберігають каланів від переохолодження?

Все обумовлено роботою мітохондрій — органел у клітинах, які використовують поживні речовини для добування з них енергії. Під час цього процесу через внутрішню мембрану мітохондрій у міжмембранний простір викачуються протони, формуючи їх градієнт. Різниця між концентрацію протонів по різні боки мембрани призводить до того, що протони починають повертатися. Але назад вони вже рухаються через білковий комплекс, який призводить до формування аденозинтрифосфату (АТФ) — головної молекули, що слугує запасом енергії клітини, наче акумулятор. Утім, у м'язових тканинах каланів велика кількість протонів повертається через мембрану, оминаючи білковий комплекс та синтез АТФ. У такому разі утворюється значна кількість тепла, яка і забезпечує підтримання необхідної температури тіла у морських тварин без тремтіння.

Вчені з'ясували що понад 40 відсотків кисню, який використовують клітини скелетних м'язів, йде на цей процес контрольованого витоку енергії у вигляді тепла. При цьому навіть у новонароджених його рівні подібні до такого у дорослих. Для інших тварин такий метаболізм означав би неефективне використання енергії, але для каланів, навпаки, забезпечує виживання. Для цього вони щодня з'їдають їжі в кількості, що дорівнює близько чверті маси їхнього тіла. У наступних роботах вчені планують дослідити, як калани регулюють метаболізм, щоб підлаштовувати метаболізм під умови довкілля.

Калани живляться морськими тваринами, як-от крабами та молюсками, і в цьому частково їхній раціон перекривається з людським, що викликає конфлікти з ними рибаків у деяких регіонах. Між тим, каланів варто охороняти, оскільки вони можуть сприяти підтриманню й відновленню морських екосистем, як це справедливо, наприклад, щодо Алеутських островів.