Джерело: www.unian.ua
Для людини це миттєва смерть, але для арктичного ховраха – звичайна зима.
Він скорочує приплив крові до мозку до мінімуму і залишається в такому стані тижнями. Потім, з приходом весни, він прокидається, як ні в чому не бувало: його пам’ять збережена, а мозок не має жодних видимих пошкоджень, пише Forbes. Цей ссавець виробив одну з найекстремальніших стратегій гібернації на планеті: оборотне відключення мозку.
Екстремальна зимова стратегія арктичного ховрахАрктичні ховрах мешкають на Алясці і в північній Канаді, де зима може тривати до восьми місяців, а температура повітря часто падає нижче −30°C. На відміну від багатьох інших тварин, які впадають у сплячку в добре ізольованих норах, ці ховрах залишаються вразливими перед промерзлим ґрунтом.
Як описано в дослідженні American Journal of Physiology, під час сплячки температура їхнього тіла може опускатися до −2,9°C, що на сьогоднішній день є найнижчим показником, зареєстрованим у ссавців. Незабаром після цього серцевий ритм сповільнюється з приблизно 200 ударів на хвилину до менше десяти. Дихання практично зупиняється, а мозкова активність стає ледь помітною. І все ж, неймовірним чином, мозок не вмирає.
На клітинному рівні мозок ховраха входить у стан, відомий як “торпор” (заціпеніння), при якому:
- Масово знижується нейронна активність (імпульсація).
- Пригнічується синаптична передача.
- Споживання енергії падає до менше ніж 5% від нормального рівня.
Важливо відзначити, що бездіяльність цих нейронів не випадкова. Фаза торпора дозволяє ховрах пригнічувати активність іонних каналів, знижувати викид глутамату і стабілізувати клітинні мембрани. В результаті повністю запобігається ексайтотоксичність – процес, який зазвичай вбиває нейрони при кисневому голодуванні або переохолодженні у людей. Простіше кажучи, арктичний ховрах перемикає свій мозок в “режим енергозбереження”.
Як ховрах виживає без киснюОдна з найдивовижніших особливостей гібернації арктичного ховраха – те, наскільки добре його мозок переносить ішемію (нестачу крові та кисню). Згідно з дослідженням 2006 року в журналі Stroke, для людини навіть короткочасна ішемія може призвести до серйозних наслідків: припливу кальцію в клітини, відмови мітохондрій і загибелі клітин. Але, що дивно, нейрони арктичних ховрахів здатні протистояти цьому каскаду руйнувань.
Як зазначається в дослідженні, під час торпора клітини їхнього мозку зберігають цілісність мітохондрій і уникають окислювального стресу. Активуються антиоксидантні шляхи, що каталізують метаболічні реакції, які пригнічують шкідливі вільні радикали. Простіше кажучи, цю здатність можна порівняти з превентивною клітинною інженерією.
Однак, мабуть, найбільш нелогічним відкриттям стало те, що відбувається з їх синапсами. Під час глибокого торпора синаптичні зв’язки в мозку ховраха частково розбираються. Дендритні шипики втягуються, що призводить до різкого зниження зв’язку між нейронами.
Для більшості тварин це стало б медичною катастрофою, оскільки втрата синапсів міцно асоціюється з нейродегенеративними захворюваннями і зниженням когнітивних здібностей. Але для арктичного ховраха це оборотний процес: він періодично розігрівається під час коротких фаз пробудження, і в цей час синапси стрімко відновлюються. Це означає, що до моменту виходу з нори навесні нейронна архітектура тварини буде функціонально нормальною.
Як уникнути пошкоджень від замерзанняСплячка у ссавців – процес не безперервний, і арктичний ховрах не виняток. Кожні кілька тижнів він ненадовго (менше ніж на добу) розігрівається до нормальної температури тіла. Ці пробудження енергетично затратні: на них йде велика частина енергії, що витрачається за всю зиму.
Якщо це так дорого коштує, навіщо взагалі потрібні ці періодичні розігріви? Як пояснює дослідження 2009 року в Journal of Comparative Physiology, це необхідно для “технічного обслуговування” мозку. Розігрів дозволяє відновити ДНК, відновити функції білків і збалансувати системи нейромедіаторів. Торпор ставить пошкодження на паузу, а періодичні пробудження допомагають організму усунути ті невеликі поломки, які все ж накопичилися.
Для будь-якої іншої тварини падіння температури тіла нижче нуля призвело б до утворення кристалів льоду, що розривають клітини. Піонерське дослідження в Science описує, що арктичні ховрахів уникають цього за допомогою двох механізмів: переохолодження (суперохолодження) рідин і контрольованого утворення льоду в периферичних тканинах.
Дивно, але цей механізм повністю запобігає утворенню льоду в мозку. Спеціалізовані білки, змінений склад мембран і точний контроль хімії позаклітинної рідини зберігають нейрони в рідкому стані навіть при температурі нижче 0°C. Примітно, що такий рівень контролю неймовірно рідкісний серед ссавців; він більше нагадує стратегії, що спостерігаються у морозостійких амфібій і рептилій.
Чому це важливо не тільки для ховрахівАрктичні ховрах стали моделлю для вивчення нейропротекції. Розуміння того, як їхній мозок переносить гіпотермію та ішемію, вже вплинуло на наукові дослідження та розробку методів лікування інсульту, зупинки серця та черепно-мозкових травм. Введення людини в стан, подібний до торпору, – активна область досліджень, особливо в контексті екстреної медицини та тривалих космічних польотів.
Ховрах доводить, що мозок ссавців не такий крихкий, як ми звикли вважати. За правильних молекулярних умов він здатний пережити екстремальні навантаження, які ми вважали неможливими.
Ця здатність виникла не випадково: арктичні ховрах еволюціонували під жорстким тиском відбору, де нездатність пережити зиму означала вимирання. Замість того щоб уникати холоду, вони адаптувалися до нього на найглибшому біологічному рівні. Їхній мозок став гнучкою системою, здатною до оборотного відключення.
З точки зору еволюційної біології це нагадування: інтелект і виживання не завжди вимагають постійної нейронної активності. Іноді найрозумніша стратегія – знати, коли потрібно перейти в режим повного спокою.
Раніше УНІАН повідомляв, що вулкан, який вбив тисячі людей у 1980-х, знову прокидається.
Вас також можуть зацікавити новини:
- Як утворюються піщані пляжі: звідки на них пісок
- Яке вам уготовано майбутнє: обрана магічна куля розкриє вашу долю
- Нумерологія числа 2: чотири головні якості людей, народжених у цей день
