В отличие от бактерий-анаэробов, эукариотические организмы никак не могут обойтись без кислорода, необходимого для извлечения скрытой в пище энергии. По мере продвижения вверх по эволюционному древу эта зависимость становится сильнее, достигая максимума у теплокровных — птиц и зверей.
Стоящие несколькими ступенями ниже рептилии, амфибии и рыбы не только скромнее в своих запросах, но и обладают способностями за счет разнообразных уловок регулярно переживать неблагоприятные периоды.
В условиях недостатка кислорода глазчатые кошачьи акулы Hemiscyllium ocellatum экономят энергию за счет того, что полностью «выключают» нейроны сетчатки и до восстановления нормальных условий теряют зрение.
Горан Нильссон и его коллеги из университетов Осло, Гётеборга и Флориды расширили весьма малочисленный список позвоночных, способных длительно выживать в условиях аноксии – недостатка кислорода. Кроме кошачьих акул в него входит обыкновенный карась Carassius carassius, пресноводная черепаха Trachemys scripta и леопардовая лягушка Rana pipiens.
Всем им регулярно приходится сталкиваться с недостатком кислорода. В частности, указанные акулы обитают на мелководье Большого Барьерного рифа — гряды коралловых рифов и островов шириной от 2 до 150 км, тянущейся на 2300 километров вдоль северо-восточного побережья Австралии. В темное время суток содержание кислорода в этих водах падает: из-за отлива уменьшается объем воды, а кроме того, отдельные особи могут оказаться в небольших резервуарах, отрезанных от океана.
В попытке узнать, как акулы справляются с этой проблемой, Нильссон и соавторы публикации в журнале Comparative Biochemistry and Physiology - Part A: Molecular & Integrative Physiology исследовали активность их нервной системы. Они начали с измерения потенциала сетчатки.
Помещенным в резервуар с морской водой акулам провели процедуру электроретинографии. По аналогии с электрокардиографией, для этого необходимо наложить несколько электродов: один на роговицу, а остальные на кожу рядом с глазом. Поскольку наибольшей электрической активностью в этом «районе» обладают именно нейроны сетчатки, то записываемое датчиками напряжение относится именно к чувствительной части глаза. Как и в электроэнцефалограмме, когда регистрируется активность мозга, разные «профили» волн относятся к разным видам активности.
Но если при записи ЭЭГ вас просят проводить в уме разные вычислительные операции, или же, наоборот — расслабиться, то при ЭРГ раздражающим стимулом становятся яркие вспышки света разной периодичности.
Через 30 минут аноксии β-волны электроретинограммы полностью сошли на нет.
У леопардовой лягушки максимальное снижение наблюдалось через 40 минут и составило 75%, а у черепахи – через 2 часа, и достигло только 50%. Поскольку зрение заключается в появлении и последующем проведении электрического возбуждения, то ученые заключили, что акулы до восстановления уровня кислорода полностью слепнут. Процесс оказался полностью обратимым: в нормальной океанической воде амплитуда волн возвращалась к 100%.
Сказывается ли временное обесточивание глаз на поведении акул в море, осталось загадкой. Если эффект и есть, то очень небольшой: во-первых, для них обоняние остается основным органом чувств, и его достаточно для охоты, а во-вторых, хищников, угрожающих самим акулам на мелководье, да ещё и во время отлива, попросту нет.
А вот экономия существенная: на электричество расходуется до 50% всей энергии, потребляемой нервной системой.
Кислород необходим для окисления глюкозы в митохондриях и образования молекул АТФ — универсального переносчика и одновременно запасника энергии внутри клеток. В условиях гипоксии или аноксии обмен веществ переключается на исключительно бескислородный путь, который даёт в десятки раз меньше энергии, а кроме того, приводит к накоплению вредных веществ (в нашем организме – молочной кислоты, «виновной» в мышечной боли после напряженной работы).
Механизм акульего феномена ученым пока не открылся. Возможно, что-то прояснится при изучении активности других органов и систем, в том числе – весьма энергоемкого головного мозга, который у вышеупомянутых черепах тоже замедляет свою работу.
Как отмечают ученые, человек хотя и способен переживать кратковременные проблемы с дыханием, последствия для него гораздо тяжелей, и зачастую уже необратимы. Возможно, если удастся найти механизм целенаправленного подавления активности зрения у акул, то ученые смогут создать таблетки для экономии энергии. Аквалангистам они вряд ли помогут, а вот для инфаркта и инсульта, когда даже небольшой недостаток кислорода в зоне поражения оказывается критичным, могут оказаться незаменимы.