Международная группа ученых выяснила, что голые землекопы способны превращаться в «растения», выживая в условиях, смертельных для многих других животных. Как этим странным млекопитающим, напоминающим насекомых, удается изменять метаболизм и выдерживать бескислородную среду.
Голые землекопы (Heterocephalus glaber) — обитающие в Африке животные, которые в некотором смысле больше напоминают насекомых, чем млекопитающих. Подобно муравьям и пчелам, они создают эусоциальные колонии, в которых есть плодовитая «королева» и стерильные «рабочие». Эти холоднокровные и почти слепые грызуны роют подземные туннели, общая длина которых достигает несколько километров. Ходы соединяют жилые камеры, кладовые и отхожие помещения. Общаются животные между собой звуковыми сигналами, «язык» у них богаче, чем у других видов грызунов.
Многие слышали, что голые землекопы не болеют раком. На самом деле это не совсем так: злокачественные опухоли образуются и у них, однако это происходит редко. Впервые рак у H.glabe был обнаружен в прошлом году американскими учеными — сообщалось о двух случаях заболевания, зафиксированных в Национальном зоопарке в Вашингтоне и Брукфилдском зоопарке в Иллинойсе. Это дало ученым информацию о том, что голые землекопы не защищены от канцерогенеза на сто процентов, хотя есть мнение, что именно содержание в неволе спровоцировало развитие опасных новообразований.
По мнению некоторых исследователей, невосприимчивость к раку у этих подземных грызунов обусловлена их образом жизни. Дело в том, что голые землекопы обитают в среде с относительно низким содержанием кислорода (2-9 процентов), в то время как люди дышат воздухом с долей кислорода 21 процент. Это каким-то образом должно активировать антиопухолевую защиту, хотя подтверждения этой гипотезы пока нет.
Однако гипоксия, в условиях которой живут голые землекопы, отвечают за еще одно необычное свойство этих животных. Их кожа нечувствительна к кислоте и жгучему веществу капсаицину (содержится в перце). Для чего нужна подобная адаптация животным, которые почти никогда не выбираются на поверхность? Дело в том, что в подземных ходах накапливается углекислый газ. При его растворении в воде образуется угольная кислота, которая может вызвать у грызунов жжение на влажных слизистых оболочках. Чтобы комфортно существовать в таких условия, у H.glabe частично теряется болевая чувствительность.
Голые землекопы могут длительное время выдерживать высокую концентрацию углекислого газа. Они никак не реагируют, если СO2 внутри норы достигает 7-10 процентов, не пытаются уйти в места, более насыщенные кислородом; у них нет признаков гипервентиляции легких и ацидоза тканей. Они выживают в течение пяти часов, даже когда концентрация углекислоты составляет 80 процентов (концентрация кислорода при этом — 20 процентов).
Каким же образом голые землекопы могут выживать под землей, где так мало кислорода? На самом деле эти грызуны похожи не только на насекомых, но и на растения. В условиях дефицита O2 слепые млекопитающие изменяют свой метаболизм, начиная анаэробно расщеплять фруктозу. Этот процесс производит достаточно энергии, необходимой для клеток мозга, и предотвращает их гибель.
Ученые поместили голых землекопов внутрь атмосферных камер и воссоздали условия гипоксии. Концентрация кислорода составляла пять процентов. Подземные грызуны хорошо себя чувствовали в течение пяти часов, а обычные мыши (Mus musculus) умерли менее чем за 15 минут. Но исследователи на этом не остановились. Они полностью лишили камеры кислорода, в результате чего мыши не выдержали и минуты. Голые землекопы потеряли сознание через 30 секунд, но попытки дышать продолжались в течение нескольких минут. В конце концов, дыхание прекращалось, однако стоило перенести их в комнатные условия, H.glabe оживали и не проявляли никаких признаков повреждения мозга. Грызуны оставались в живых после 18-минутного пребывания в полностью бескислородной среде.
Ученые обнаружили, что при длительной гипоксии в кровь животных поступает большое количество фруктозы и сахарозы (дисахарида, который содержит фруктозу). Углеводы поступают в клетки мозга грызунов с помощью молекулярных насосов, которые до этого обнаруживались лишь в кишечнике других млекопитающих. Фруктоза метаболизируется через процесс, называемый гликолизом, который в обычной ситуации протекает с участием глюкозы.
Однако глюкозу невозможно использовать из-за того, что на одном из этапов гликолиза необходимо наличие активного фермента, называемого фосфофруктокиназой-1. Его функционирование зависит от энергетического состояние клетки, которое сильно ухудшается без кислорода. В результате весь цикл гликолиза останавливается, и клетка полностью теряет возможность производить энергию, необходимую для жизнедеятельности. Фруктоза же позволяет обойти этот барьер. При этом образуется лактат (молочная кислота), и производство энергии, хоть и в незначительных количествах, происходит с большой скоростью.
По словам исследователей, такая способность переключать метаболизм, чтобы выжить в тяжелых условиях, характерна для растений, но не для млекопитающих.
Ученые надеются, что их открытие позволит разработать новые методы предотвращения повреждений сердечных тканей из-за гипоксии, связанной с ишемической болезнью сердца.
