Биологи нашли животных, которым нравится дышать углекислым газом

Американские биологи обнаружили, что "бессмертные" голые землекопы не только могут долгое время жить без кислорода, более того: им необходим высокий уровень СО2 в воздухе. Дело в том, что в обратном случае с ними постоянно происходят припадки. Описание результатов работы ученые опубликовали в научном журнале Current Biology.

"В мозге голых землекопов нет механизмов, которые отвечают за торможение нейронов у других млекопитающих. Вместо этого они используют углекислый газ. Иначе говоря, они справились с этой проблемой, в буквальном смысле выкопав себе новую экологическую нишу, в которой не могут жить другие животные", – прокомментировал биолог из Городского университета Нью-Йорка Майкл Зайонс.

Голые землекопы (Heterocephalus glaber) – это безволосые подземные грызуны размером с мышь и весом 30-50 г. Они обитают в восточной Африке в крупных колониях, которые по принципам устройства похожи на колонии термитов или других коллективных насекомых.

Еще полвека назад биологи заметили, что эти существа живут в десятки раз дольше значений, которые характерны для млекопитающих сопоставимых размеров, а также почти никогда не страдают от рака. Относительно недавно ученые выяснили, что голые землекопы практически не чувствуют боли и могут жить свыше 20 минут без кислорода, а их кожа не реагирует на многие едкие вещества.

Пытаясь понять, почему у голых землекопов часто случаются припадки, если температура в их "улье" достигает высоких значений, Зайонс и его коллеги открыли еще одну удивительную черту этих странных грызунов. Большинство млекопитающих справляются с подобными проблемами, начиная чаще дышать, однако землекопы этого не делают.

Более того, когда ученые попытались подавить эти приступы с помощью диазепама, произошло совсем не то, что они ожидали увидеть. После приема этого препарата сила судорог возросла, а не упала, причем приступы начали происходить и при нормальной температуре воздуха внутри колоний этих грызунов.

"Педаль тормоза" для мозга

Пытаясь понять, чем голые землекопы в этом отношении отличаются от прочих животных, биологи изучили то, как устроены гены Heterocephalus glaber, которые отвечают за передачу сигналов между нервными клетками.

Этот анализ неожиданно показал, что все голые землекопы – носители редкой мутации в гене KCC2. Она связана с развитием тяжелых форм эпилепсии и аутизма. Этот ген отвечает за "выкачивание" ионов хлора из нейронов, которые подавляют активность мозга. Повреждение KCC2 приводит к тому, что эффективность этого процесса резко снижается, поэтому носители подобных "опечаток" в KCC2 в большой степени подвержены разным формам припадков.

Открыв эту необычную особенность генома землекопов, биологи задумались, почему мутации в KCC2 не вызывают у них припадки в нормальных условиях обитания. Для ответа на этот вопрос ученые обратились за помощью к коллегам-медикам, которые изучают судороги.

Они предположили, что причиной этого было то, что в воздухе колоний землекопов содержится много углекислого газа. Это вещество, как показывают наблюдения за жизнедеятельностью возбуждающих нейронов, подавляет их активность. Это может помогать землекопам удерживать свою нервную систему в равновесии.

Ученые проверили эту гипотезу, наблюдая за тем, как менялось поведение голых землекопов при резких изменениях в количестве СО2 в разных уголках их колоний. Эти опыты показали, что грызуны предпочитали жить там, где был самый высокий уровень углекислоты и избегали тех уголков, где воздух был наиболее чистым.

Эти две необычных черты физиологии Heterocephalus glaber, как предполагают ученые, позволили их предкам перейти к "коллективистскому" образу жизни внутри тесных подземных колоний. В пользу этого говорит то, что схожая мутация в гене KCC2 есть и в геноме дамарских пескороев (Fukomys damarensis) – второго вида млекопитающих, которые похожи на муравьев и термитов в этом отношении.