Чудова фізіологія дозволяє карасям пережити місяці без кисню

Температура охолоджуючої води восени спонукає карася зберігати величезну кількість глікогену у своєму мозку, щоб мозок працював і працював здоровим з лютого по квітень, коли в ставках не залишається кисню, виявляє нове дослідження.

Дослідження з Фінляндії показало, що кількість глікогену в головному мозку досягла свого піку в лютому, коли ставок майже виснажується киснем (аноксичним). Глікоген, енергія, яку мозок коропа використовує, щоб пережити аноксію, був у 15 разів вищим у лютому порівняно із вмістом глікогену в мозку в липні, коли кисень у ставку досягає свого піку.

У той же час активність натрієво-калієвої помпи мозку коропа, яка є показником енергоспоживання, зменшилася в 10 разів до найнижчого значення в період з лютого по квітень, заявив провідний автор дослідження Веса Пааджанен. Ці висновки в сукупності вказують на те, що короп продовжує час, який він може вижити без кисню в холодній воді в 150 разів. Крім того, дослідження показало, що саме температура води, що падає, приводить ці фізіологічні зміни в рух.

"Це перше дослідження, яке показало, що активність натрієвого насоса контролюється температурою води, а не кількістю кисню, доступного у воді", - сказав Пааджанен. Отримані дані допомагають пояснити, як короп здійснює надзвичайний фізіологічний подвиг, який дозволяє його мозку вижити місяцями в майже безглуздому стані.

В даний час не існує прямої зв'язку між цими знахідками та людьми. Однак фізіологи лише нещодавно зрозуміли, що мозок людини містить глікоген, то хто знає? Можливо, цей напрямок досліджень колись буде важливим для людей, щоб пережити аноксію, сказав Пааджанен.

Дослідження "Сезонні зміни вмісту глікогену та активності Na-K-АТФази в мозку карася", виконане Матті Ворнаненом та Весою Пааянен з Університету Йоенсуу в Йоенсуу, Фінляндія, з'являється в "Американському журналі фізіологічного регулювання", Інтегративна та порівняльна фізіологія. Американське фізіологічне товариство опублікувало дослідження.

Безпечне сусідство

Короп розвинув цю чудову фізіологічну адаптацію як спосіб уникнути проблемних сусідів: хижаків. Але водойми, в яких вони мешкають, не є хижими, вони негостинні і вимагають, щоб риба вижила кілька місяців лише на декількох футах води, покритих кількома футами льоду та снігу.

Вміст кисню у фінських ставках різко падає, коли лід і сніг покривають їх, запобігаючи дифузії кисню з повітря і відрізаючи водні рослини від світла, необхідного для фотосинтезу, сказав Пааджанен. Ставки у Фінляндії поступово втрачають кисень після літа, і з лютого по квітень у ставках практично немає кисню.

Члени сімейства коропових відомі своєю здатністю пристосовуватися до аноксичних умов. Двоюрідний брат карася, золота рибка, була домашньою рибою до появи обладнання для провітрювання танків. Але карась є видатним навіть у сімействі коропових, виживаючи без кисню.

Коли карасі живуть у більших водоймах, таких як озера, вони роблять ще одну чудову адаптацію, щоб уникнути пащі хижаків: вони змінюють форму, роблячи себе коротшими та товстішими, що значно ускладнює хижакам обведення щелеп навколо них. У ставках риба подовжується, але взимку вони набагато менше рухаються і взагалі не їдять. Вони можуть залишатися нерухомими до двох хвилин, якщо їх витягнуть з холодної води, сказав Пааджанен.

Справа попиту та пропозиції

Щоб виміряти потребу в енергії, Пааджанен та Ворнанен розглядали активність натрієво-калієвих насосів. Натрієвий насос - головний спосіб підтримати рівновагу функції клітин в умовах екстремальних умов. Насос необхідний для передачі інформації між клітинами, включаючи нейрони мозку. Чим тихіше насоси, тим менш активний і енергоємний мозок. Однак, якщо насоси відключаються, клітини гинуть.

Глікоген, форма, в якій організм зберігає вуглеводи, є джерелом енергії, яку життєво важливі органи, такі як серце та мозок, використовують для переживання аноксиї. "Глікоген зазвичай міститься в печінці та в м'язах, але запаси глікогену, як правило, вважаються мінімальними в мозку", - сказав Пааджанен.

У попередньому дослідженні Пааджанен та Ворнанен виявили, що короп зберігає додатковий глікоген у серці взимку. У цьому дослідженні вони висунули гіпотезу, що мозок карася також має величезні запаси глікогену, який він використовує, коли закінчується кисень.

Температура води, а не кисню, діє як поїздка

Дослідники проводили 12 місяців, збираючи по 20-30 коропів щомісяця з риболовки, яку вони встановили у сусідньому ставку. Вони розпочали експеримент у травні 2002 року та закінчили у червні 2003 року, відстежуючи температуру води та досліджуючи мозок риби незабаром після того, як вилучили їх із водойми.

Вони виявили, що в міру того, як вода остигала в жовтні та листопаді, короп почав споживати менше енергії (натрієвий насос уповільнює) і накопичувати запаси глікогену (вуглеводів), хоча вода все ще мала достатньо кисню.

Фонд дослідження полягає в тому, що глікоген і натрієвий насос відіграють однаково важливу роль у перенесенні риби через безкислий період. Рівень глікогену, який підтримує роботу мозку протягом 16 годин в нетоксичну зиму, коли потреба в енергії низька, підтримував би рибу лише вісім хвилин влітку з такою ж кількістю кисню. Це пояснюється тим, що попит на енергію зростає із зростанням температури води, зазначив Пааджанен.

Академія Фінляндії надала грант на дослідження для цієї роботи.