Как морские выдры сохраняют тепло в ледяном океане
Секрет кроется не в жире или мехе: у животного был обнаружен более тонкий и сложный механизм — на клеточном уровне.
«Утечки» в энергогенерирующих областях клеток мышц помогают выдрам поддерживать метаболизм на высоком уровне даже в состоянии покоя. И он в три раза быстрее, чем можно было бы ожидать у существ такого размера. Открытие позволило понять, как выдры согреваются, и это может быть применимо к другим морским млекопитающим.
«Это может изменить наше представление об эволюции всех морских млекопитающих, а не только каланов», — говорит экофизиолог Терри Уильямс из Калифорнийского университета в Санта-Крус, которая не принимала участия в исследовании. Чтобы жить в холодных океанах, млекопитающие должны были выработать эффективные методы регулирования температуры тела.
У других морских млекопитающих тоже наблюдается высокий метаболизм, но они чаще полагаются на большой размер своих тел и подкожный жир. Морские выдры же худощавые и имеют небольшие размеры. Они самые маленькие млекопитающие, живущие в океане. Их мех, несмотря на то, что он считается самым густым на планете, не может полностью защитить тела животных от потери тепла. Вода проводит тепло в 23 раза эффективнее, чем воздух, а небольшие тела с малой площадью поверхности теряют тепло быстрее, даже если они покрыты густым мехом.
Ученые уже знали, что каланов выручает невероятный метаболизм, благодаря которому температура тела поддерживается на уровне 37 градусов по цельсию. Для этого животным приходится ежедневно съедать много пищи — примерно 25% от массы своего тела. Но исследователи не понимали клеточное происхождение «ускоренного метаболизма для выработки тепла», — говорит физиолог Травер Райт из Техасского университета A&M в Колледж-Стейшн.
Райт и его коллеги искали источник тепла в мышцах выдры. Их масса составляет от 40% до 50% от массы тела животных, поэтому им несложно влиять на обмен веществ во организме. Команда взяла образцы мышечных тканей 21 выдры, живущих как в неволе, так и на свободе, от младенцев до взрослых особей. Затем, используя устройство, называемое респирометром, исследователи измерили дыхательную способность мышечных клеток выдры в различных состояниях. После этого данные сравнили с дыхательной способностью клеток других животных, включая людей, ездовых собак и морских слонов. Дело в том, что скорость обмена кислородом позволяет косвенно измерить выработку тепла клетками.
Исследователи обнаружили, что утечки в митохондриях (энергогенерирующей части клеток) выделяют дополнительное тепло и отвечают за экстремальный метаболизм каланов. Митохондрии прокачивают протоны через свою внутреннюю мембрану, а их просачивание обратно приводит к потере тепла. Эти «утечки» протонов увеличивают количество энергии, теряемой в виде тепла. Поэтому выдрам необходимо съедать больше пищи, чтобы восполнить эти потери энергии.
Другие млекопитающие, включая очень маленьких мышей, тоже могут выделять тепло таким способом. Но каланы достигли в этом невероятных высот: утечки протонов составляют около 40% от общей дыхательной способности мышечных клеток выдр — больше, чем у любого другого известного науке млекопитающего. Выработка тепла таким образом помогает животным чувствовать себя комфортно даже в северных водах, температура которых составляет около 0 градусов по Цельсию.