Супермены животного мира

Датский научно-популярный журнал Videnskab представляет пять типов настоящих суперсил среди млекопитающих. Например, жираф способен выносить огромное кровяное давление, а морские слоны задерживают дыхание на много часов. Ученые рассказывают, как животным это удается и возможно ли для человека когда-нибудь развить такие же суперспособности.

Как вам идея установить себе в мозг кондиционер или задержать дыхание на два часа? У некоторых млекопитающих имеются практически сверхъестественные способности.

У нас, млекопитающих, есть общая черта — мы производим на свет живых детенышей. После этого мы уделяем главное внимание тому, чтобы их как можно лучше воспитать и вскормить, в первую очередь с помощью собственного молока.

Но, хотя самые основные принципы физиологии всех млекопитающих совершенно одинаковы, многие животные способны на то, на что не способны люди.

Невероятная способность диких животных к адаптации стала темой конференции, недавно проведенной в Орхусском университете. На ней исследователи поделились своими знаниями о том, на что способны животные в лаборатории, но особенное внимание уделили тому, как они ведут себя в естественной среде.

Именно потому, что основные принципы устройства наших тел одинаковы, ученые надеются, что если разобраться в суперспособностях млекопитающих, то когда-нибудь эти знания можно будет использовать при разработке технологий и медикаментов для лечения людей.

Например, некоторые животные в процессе адаптации обзавелись способностью охлаждать свой мозг.

«Мы это называем селективным охлаждением мозга, и если животное страдает от голода и жажды, это видно по температуре мозга», — рассказывает Андреа Фуллер (Andrea Fuller), профессор физиологии Витватерсрандского университета в Южной Африке.

Андреа Фуллер работает с темой адаптации млекопитающих к суровым климатическим условиям пустыни Калахари на юге Африке. Ее пески занимают площадь, равную половине Дании, и воды там практически нет.

Но для многих животных это просто обычные будничные заботы. В этой статье мы посмотрим на удивительные способности пяти диких животных, адаптировавшихся к условиям обитания.

1. Трубкозуб охлаждает свой мозг

Много лет люди думали, что животные вроде трубкозуба, который еще известен под именем «земляной свиньи», выживают в экстремально жарких и засушливых условиях во многом потому, что активно охлаждают свой мозг.

Вот как работает так называемое селективное охлаждение мозга у многих крупных млекопитающих (приматы тут скорее исключение):

Они охлаждают вносу кровь, которая уже отдала кислород, то есть венозную кровь.

Специальная структура в голове позволяет создавать что-то вроде озера из охлажденной крови.

Горячая кровь, которая только что насытилась кислородом в легких, то есть артериальная кровь, отправляется в кровеносную систему через это озеро и охлаждается, прежде чем достигает мозга.

«Таким образом, наши знания долгое время сводились к тому, что живущие в пустыне животные вроде трубкозуба борются с перегревом мозга именно так», — рассказывает Андреа Фуллер, которая исследует механизмы адаптации млекопитающих к жизни в пустыне.

Животные пустыни не могу себе позволить потеть

«Но самая чувствительная к перегреву система в теле — это кишечник, и он сварится раньше мозга», — говорит Андреа Фуллер.

Ее исследование показывает, что животные устраивают себе кондиционер для мозга не только для того, чтобы спасти свою жизнь (которая мало чего будет стоить, если «сварится» кишечник).

Они охлаждают мозг, чтобы контролировать потоотделение, которое регулируется именно мозгом. Трубкозуб просто использует внутреннее кондиционирование, чтобы держать под контролем потерю воды при потоотделении, ведь это очень важно в среде, где воды практически нет.

Это суперполезная способность — в условиях нехватки воды охладить мозг так, чтобы предотвратить непрактичный сигнал к потоотделению.

Больше о мозговом охлаждении трубкозуба и исследованиях, посвященных крупным млекопитающим, живущих под гнетом высоких температур, вы можете прочитать в бесплатной статье 2014 года, опубликованной в журнале «Физиолоджи» (Physiology).

2. Ежик и другие впадающие в зимнюю спячку

Зимой еж впадает в глубокую спячку среди веточек и увядших листьев, сократив энергопотребление тела до лишь 4% от нормального метаболизма.

Для сравнения: наш абсолютный минимум во время сна составляет 65% от обычного обмена веществ.

Другими словами, еж готов пробыть в «законсервированном» состоянии действительно долго. Все в его теле во время зимней спячки происходит очень медленно.

Подобное состояние у человека стало бы большим прорывом при выполнении сложных операций. Не говоря уже о самой крутой цели — космическом путешествии на Марс.

Чем зимняя спячка может быть полезна человеку?

В зимнюю спячку могут впадать также медведи и бесчисленное количество мелких грызунов, кроме того, состояние, подобное спячке, наблюдается у отдельных видов птиц.

Люди этого не умеют — пока — но с удовольствием бы поучились у экспертов в этом вопросе, способных поддерживать работу организма при минимальном потреблении энергии.

Новое исследование показывает, что естественное снижение температуры тела может иметь большой потенциал в реабилитации людей, перенесших остановку сердца.

А что же с нами? Новое исследование свидетельствует, что на самом деле не за горами то время, когда будут проводить лечение, аналогичное зимней спячке животных.

3. Морской слон живет под огромной толщей воды

Несмотря на свой необычный вид, морские слоны могут нырять по 50 раз в день на глубину более 2 тысяч метров, и спокойно остаются под водой по два часа, хотя обычно они погружаются «всего» примерно на полчаса.

Мы в «Виденскаб» не так давно писали о филиппинских ныряльщиках, которые тоже могут погружаться под воду на более длительный срок, чем мы, остальные жители суши. Но даже тренированные и, возможно, генетически адаптированные ныряльщики могут задержать дыхание «всего» на пять минут.

Неудивительно, что эксперты называют морских слонов самыми выносливыми глубоководным ныряльщиками в мире. Включая китов.

Молодые люди у скульптуры морского слона работы Германа Тиле, похожей на персонажа интернет-мема «Ждун», на Верхнем озере в Калининграде.

«Один из наших морских слонов пробыл 15 минут на глубине 2 тысячи метров, после того как всего на три минуты всплывал за воздухом. Они 90% времени проводят под водой. Эти животные не «ныряльщики". Они просто-таки живут под водой», — заключает почетный профессор Сент-Эндрюсского университета в Шотландии Майк Федак (Mike Fedak), который много лет работает с морскими слонами.

Этот вывод подтверждается тем фактом, что морские слоны не прочь слегка вздремнуть на глубине 400 метров.

Морские слоны могут контролировать работу сердца

Во время эксперимента, когда морские слоны плавали в закрытом резервуаре, а окошко, через которое можно было получить доступ к воздуху, время от времени закрывалось, Майк Федак наблюдал, как морской слон осознанно практически останавливал свое сердце, лишь только ученый протягивал руку к люку.

Лишь недавно были получены убедительные доказательства того, что ныряющие млекопитающие совершенно сознательно контролируют свои сердечные ритмы.
Также ныряющие млекопитающие контролируют свой кровоток, чтобы отправлять кислород, содержащийся в крови, к тем органам, которые в нем больше всего нуждаются. Например, к мозгу и сердцу, тогда как остальные мышцы должны довольствоваться собственными запасами кислорода.

То есть, морские слоны — эксперты по управлению собственным кровотоком, и это четко видно по тому, как сердечный ритм внезапно замедляется при одном взмахе руки ученого.

Очень интересно, как и когда морские слоны делают это в природе. Не этим ли объясняется их способность заныривать на такое длительное время?

Глубоководное сотрудничество с пользой для всех

Майк Федак и ученые-океанографы, которые хотят понять, как ведут себя океаны и как они влияют на климатические изменения, вступили в необычное сотрудничество.

Морские слоны, снабженные датчиками, измеряющими, например, температуру и соленость воды, а также отправляющими GPS-сигнал, помогают океанографам изучать глубокие слои океана, в то время как Майк Федак получает ценные знания о поведении животных на глубине.

Больше об этом сотрудничестве, в рамках которого тюленевые заменяют целый корабль ученых, можно прочитать на сайте МЕОП (MEOP): «Морские млекопитающие исследуют океан от полюса до полюса» (Marine Mammals Exploring the Oceans Pole to Pole).

4. Артериальное давление жирафа должно было его убить

С большим расстоянием от сердца до мозга жирафа связаны множество особенностей, требующих специальных приспособлений.

Профессор Тобиас Ванг (Tobias Wang), занимающийся биологическими дисциплинами в Орхусском университете, вместе с Кристианом Олкьером (Kristian Aalkjær) много лет был на передовой исследований, посвященных шее, ногам и сердцу жирафа.

Сердце жирафа должно весить двадцать килограмм, гласит одна шутка. Действительно, чтобы доставить кровь по этой длинной шее в мозг, жирафу необходимо впечатляющее давление — и он при этом с ним прекрасно себя чувствует.

У жирафа толстое сердце

Но вес сердца жирафа составляет всего полпроцента от общего веса тела, точно так же, как и у нас.

Зато у него особо толстые стенки сердечных камер, которые обеспечивают дополнительное кровяное давление, как свидетельствуют новые результаты исследований, представленные на конференции.

5. Альпака остается наполовину детенышем всю свою жизнь

В животе у матери вы тоже пользовались этим — суперразновидностью протеина под названием гемоглобин, который связывает и транспортирует кислород в нашей крови.

У нерожденного ребенка гемоглобин такой же красный, как у матери, но, поскольку он должен перемещать кислород из кровеносной системы матери в собственную систему ребенка, он обладает большей способностью связывать кислород. Это характерно для гемоглобина всех детенышей млекопитающих до тех пор, пока они не родились.

Этим пользуется альпака. Она проводит жизнь в высоких горах, где воздух разреженный. Обычным животным там пришлось бы дышать гораздо чаще, чтобы получить достаточное количество кислорода.

В отличие от нас, остальных, альпака просто не отказывается от своего детского гемоглобина, в том, что касается крови, она остается ребенком на всю жизнь.

Многие животные живут на высоте

Есть разные примеры умных решений для жизни в высоких горах. О высокогорных яках рассказывали в «Нейче» («Nature»); у мышей, овец и птиц есть свои способы выживать на высоте.

«Довольно часто животные решают по крайней мере часть проблемы путем «настройки" или небольших корректировок работы гемоглобина, который транспортирует кислород в крови», — рассказывает почетный профессор кафедры биологических наук Орхусского университета Рой Вебер (Roy Weber), автор обзорной статьи об адаптации животных к жизни в высокогорных условиях.
Вот мы и узнали немного о некоторых из впечатляющих приспособлений, которые есть у наших кузенов и кузин по эволюции.

По своей сути все млекопитающие вокруг нас — такие же, как и мы, поэтому, возможно, мы когда-то сможем обучиться и перенять некоторые из их необыкновенных способностей. Наука покажет.