Коллектив ученых из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Института биологических проблем Севера ДВО РАН (Магадан) и Международного томографического центра СО РАН (Новосибирск) исследовал, как организмы чесночниц Палласа (Pelobates vespertinus) — вида лягушек, обитающий на территории Восточной Европы и, частично, Западной Сибири, — справляются с длительным кислородным голоданием во время зимовки. Результаты работы опубликованы в Journal of Comparative Physiology.
Ранее этот же коллектив уже изучал схожие механизмы адаптации у другой амфибии — сибирской лягушки (Rana amurensis), которая проводит зиму в заморных водоемах, где к концу зимы в воде практически не остается кислорода. Тогда ученые показали, что лягушки не только месяцами способны жить в этих условиях, но и даже сохраняют двигательную активность. Как выяснили специалисты, пережить зиму им помогают серьезные изменения в метаболизме (повышение уровня глутатиона и другие).
В новой работе биологи изучали, как справляется с длительным недостатком кислорода чесночница Палласа, которая проводит зиму не под водой, а глубоко в земле. «В ходе исследования мы помещали лягушек в специальные герметичные банки, где содержание кислорода было примерно в десять раз ниже атмосферного — это предельный уровень, который животные могут пережить, и смотрели, как меняется их метаболизм», — рассказал ведущий научный сотрудник сектора геногеографии Палеарктики ИЦиГ СО РАН доктор биологических наук Сергей Викторович Шеховцов.
Оказалось, что у чесночниц изменения в метаболизме слишком слабые, чтобы их вклад в выживание можно было назвать существенным. Лягушки при этом зимой не впадают в анабиоз. Хотя большую часть времени животные проводят неподвижно, они сохраняют способность шевелиться и реагировать на внешние раздражители.
«Можно предположить, что вместо активации других метаболических путей, гликолиза, как это происходит у сибирских лягушек, мы видим просто подавление метаболической активности. Стало меньше кислорода, организм может получить меньше энергии, соответственно, и затраты ее максимально снижаются, что позволяет сохранять энергобаланс, необходимый для поддержания жизни», — объяснил Сергей Шеховцов.
Ученые допускают, что этими способами механизмы адаптации амфибий к недостатку кислорода не исчерпываются, и дальнейшее изучение других видов покажет иные способы решения природой этой сложнейшей задачи.
Полученная информация имеет значение не только для биологической, но и для медицинской науки. Как известно, есть много заболеваний, связанных с ишемическими состояниями (локальное ограничение кровообращения, сопровождающееся в том числе гипоксией). Проведенные учеными исследования могут задать направление для работ по преодолению последствий ишемических стрессов для организма человека. «Когда мы знаем, как с проблемой гипоксии справляются другие животные, становится понятнее, где надо искать решение, подходящее для людей», — подчеркнул Сергей Шеховцов.
Специалисты сектора геногеографии Палеарктики не собираются ограничиваться в своей работе только амфибиями. «Мы продолжаем изучать зимовку разных организмов в условиях Севера, сейчас речь идет о некоторых рептилиях, а в планах еще и беспозвоночные», — сказал исследователь.
Исследование проводилось на средства гранта Российского научного фонда № 21-74-20050.
Пресс-служба ИЦиГ СО РАН
