Акулы и гипоксия - экономия энергии

Много лет ученые интересуются вопросом, как акулам удается сохранять свои популяции и выживать в самых немыслимых условиях. Каждая исследованная деталь их жизни становится научной сенсацией.

И вот еще одно открытие – хищники могут адаптироваться к условиям жесткой гипоксии путем экономии собственной электроэнергии. Как же это происходит?

Гипоксия у акул

Гипоксия, или недостаток кислорода – важнейшее эволюционное звено, особенно для хищников, обитающих в водной среде. На сегодняшний день не существовало точного ответа, как морские обитатели могут приспосабливаться к жизни в воде, содержащей крайне низкий процент кислорода.

Изучение механизмов адаптации к гипоксии у акул сможет помочь в разработке методов лечения болезней человека, вызванных дефицитом кислорода.

Именно поэтому ученые из Флориды, Гетеборга и Осло, под руководством Горана Нильссона, начали исследование морских животных, способных терпеть любые колебания жизненно необходимого газа. Результаты их работы были опубликованы в Международном журнале экспериментальной биологии.

Одним из сверхъестественных созданий, умеющих выживать в подобных условиях, есть эполетовые, или кошачьи акулы. Данный вид живет в тропиках, около рифовых платформ. Изучаемые учеными особи населяют рифовые платформы к югу от Большого Барьерного рифа.

Смотреть видео - Эполетовая акула:

Каждую ночь, когда происходит отлив, кошачьи хищницы остаются практически отрезанными от океана, оставаясь в природном бассейне огромных размеров 3x10 км. За ночь дыхание рифов и других организмов приводит к снижению насыщения воды кислородом до уровня ниже 18% - почти на 80% ниже нормы!

Акулы манипулируют жизнью

Следует заметить, что в таких условиях могут выживать лишь единичные виды позвоночных – цихлиды, тилапии, некоторые виды лягушек и черепах, и то, если насыщение кислорода не перешагнет планку ниже 20%.

У других же рыб в подобных ситуациях произойдут необратимые повреждения тканей мозга, нервные клетки разрушатся и рыбы попросту погибнут от удушья. А вот акулы выживают.

Этот феномен долго не поддавался объяснению – как же так, это же большие хищные рыбы, а не глубинные беспозвоночные, как же у них получается?

Оказывается, эполетовые акулы способны замедлять свой метаболизм. Они тормозят прохождение всех электроимпульсов, и обменные процессы, в том числе и апоптоз – гибель клеток, приостанавливается.

Акулы перестают реагировать на любые внешние раздражители, их состояние напоминает спячку, или гипоксическую депрессию. Когда ученые приближались к хищницам, те даже не шевелились.

Интересно, что данный вид адаптации принципиально отличается от приспособительных механизмов других организмов к кратковременной гипоксии. У остальных видов рыб, попавших в неблагоприятную среду, увеличиваются уровни глюкозы (чтобы питать нервные клетки) и эритроцитов (как посредников в транспорте кислорода).

У акул же ничего подобного не наблюдается. Они не заставляют организм работать на износ.

Кислород, как известно, нужен для выработки энергии. Если же есть дефицит О2 – кошачьи хищницы переключаются на исключительно бескислородный путь производства энергии, который, естественно, дает в десятки раз меньший результат, плюс ко всему приводит к накоплению токсичных кислот, однако позволяет выжить при длительных кислородных голоданиях.

Мозговой кровоток акул продолжается в прежнем ритме, а не увеличивается. За счет снижения числа электроимпульсов в сердце, артериальное давление эполетовых акул падает на 50%!

Как акулы экономят электроэнергию?

Поскольку уровень воды в Мировом океане постепенно снижается, то и при отливах в рифовых бассейнах становится все меньше и меньше воды, к тому же она почти мертвая – содержит мало кислорода.

Но кошачьи акулы и к этому готовы – у них есть так называемые периоды "гипоксической подготовки", когда они специально экономят свою электроэнергию, приучая организм длительно обходиться без воздуха. Подобные "подготовки" происходят раз или два в месяц.

Очень интересно происходит отключение сетчатки и отдельных участков мозга. Известно, что нервная система потребляет более 50% всей электроэнергии, поэтому акулы и приспособились тормозить нервные импульсы. В первую очередь, массу электроэнергии, а, значит, и кислорода, отнимает зрение акулы, поскольку весь его механизм заключается в проведении электроимпульсов.

Значит, нужно его отключить! Но как?

Акулы научились полностью обесточивать свои глаза. Ученые решили провести специальный эксперимент, и провели эполетовым рыбам электроретинографию. Подсоединили датчики к роговице и околоорбитальной области на коже. И что вы думаете?

Амплитуда волн была нулевая, как и электрическая активность сетчатки! То есть хищницы, экономя электроэнергию на время гипоксии, полностью слепли.

Причем этот процесс оказался целиком обратимым – когда уровень кислорода увеличивался, зрение к рыбам возвращалось. Весьма энергоемкий и головной мозг акулы, поэтому отдельные его участки отключались, и амплитудных волн не фиксировалось – акула не реагировала на раздражители, некоторые рефлексы не срабатывали.

Кстати, акулы не оставались беспомощными слепцами даже в бескислородных условиях. Их организм, отключая различные функции, сохранял жизненно важные. Акулы ослепли? Но ведь глаза не главное, для охоты важно обоняние.

Кроме того, хищников, выживающих в подобных условиях, просто не существует – и кошачьим акулам, к тому же на мелководье в периоды отлива, никто не угрожает.

И снова величественные создания обошли все привычные механизмы выживания, опровергая существующие знания о возможностях своего организма.

И снова акулы подтвердили свое звание совершенных созданий. Интересно, какой еще способностью они шокируют нас в дальнейшем?