Рекорд голого землекопа

Голые землекопы рекордное время прожили без кислорода благодаря «растительной» биохимии мозга. О том, как им это удалось, рассказывает новое исследование, опубликованное в журнале Science.

Необычные грызуны, голые землекопы (Heterocephalus glaber), могут полностью обходиться без кислорода без видимых повреждений тканей тела рекордно долгое время — 18 минут. Это возможно из-за особенности их биохимии: клетки голых землекопов способны разлагать сахар фруктозу в процессе, не предполагающем участие кислорода. По всей видимости, благодаря такому необычному метаболическому пути эти грызуны и приспособились к жизни в скученности под землёй, где кислорода мало.

Животные с развитым головным мозгом очень плохо переносят аноксию — отсутствие кислорода во вдыхаемом воздухе, так как именно этот газ обеспечивает окисление глюкозы в клетках, а мозг служит основным потребителем энергии, полученной таким путём. В отсутствие притока кислорода с кровью окисление глюкозы в нервных клетках останавливается в течение нескольких секунд. После этого ещё одну-две минуты нейроны функционируют благодаря энергии аденозинтрифосфата (АТФ), однако и она быстро кончается. Когда это происходит, нервные клетки теряют способность поддерживать нормальную разность потенциалов на мембране и запускают механизмы «самоуничтожения». Поэтому практически ни одно млекопитающее не способно жить в условиях аноксии больше пары минут.

Однако тут нашлось исключение. Как выяснили биологи из Германии, США и Южной Африки, голые землекопы могут находиться в помещении с нулевым содержанием кислорода в воздухе до 18 минут, если по прошествии этого времени им дать подышать обычным воздухом, с 21% кислорода по объёму. Лабораторные мыши в аналогичных условиях погибали меньше чем через минуту, и возможность дышать воздухом нормального состава после этого срока уже не помогала вернуть их к жизни.

Как показали измерения физиологических параметров и биохимические анализы с использованием радиоактивных изотопов углерода, голые землекопы выдерживают аноксию так долго благодаря замедлению обмена веществ. В первые пять минут без кислорода частота сердцебиения у них снижалась с 200 до 50 ударов в минуту. Это позволяло зверькам экономить энергию АТФ. Что интереснее, при аноксии клетки голых землекопов начинали использовать фруктозу. Химический состав фруктозы совпадает с таковым для глюкозы. Однако молекула этого сахара по порядку соединения атомов немного отличается от глюкозы и в силу этой разницы практически никогда не служит для клеток животных главным источником энергии. У млекопитающих её метаболизм происходит в основном в печени. Тем не менее, у голых землекопов при аноксии фруктоза используется для получения энергии и клетками мозга.

В отсутствие кислорода нейроны голых землекопов переключаются на бескилородное разложение глюкозы — гликолиз. Но у этих животных в таких условиях данная цепь биохимических реакций начинается не с глюкозы, а с продуктов разложения фруктозы (они совпадают с продуктами разложения глюкозы в аналогичном процессе). Это позволяет обойти активность ферментов, подавляющих процессы гликолиза, в норме мало свойственные клеткам млекопитающих, и таким образом получить количество энергии, достаточное для поддержания жизни нейронов и других клеток тела. Интересно, что сходный механизм гликолиза характерен для растений.

Новые сведения о биохимических адаптациях голых землекопов к аноксии очень важны, так как эти грызуны — единственные млекопитающие, способные значительное время существовать в отсутствие кислорода. Кроме них, из позвоночных аноксию могут переносить только некоторые карпы и пресноводные черепахи. Однако они по строению дальше от человека, чем голые землекопы, и результаты экспериментов на рыбах и рептилиях сложнее переносить на человека, чем результаты опытов на грызунах.

Обсудите с коллегами

11:00

Исчезновение лягушек из-за смертельной болезни влечет вспышки малярии среди людей

PRO SCIENCE
09:00

Большой якорь римских времен поднят со дна у берегов Англии

PRO SCIENCE
27.09

Динозавры России. Прошлое, настоящее, будущее

PRO SCIENCE
27.09

Химики поняли, как увеличить срок годности лекарства от эпилепсии

PRO SCIENCE
26.09

Путеводный нейрон

PRO SCIENCE
26.09

Найденной в Висконсине долбленой лодке оказалось три тысячи лет

PRO SCIENCE
Самки голых землекопов подчиняют других благодаря гормонам в фекалиях Самки голых землекопов подчиняют других благодаря гормонам в фекалиях Нужны новые «Охотники за микробами» Нужны новые «Охотники за микробами»
Самки голых землекопов подчиняют других благодаря гормонам в фекалиях