Генетическое исследование, проведенное под руководством Университета штата Вашингтон (Washington State University), подтвердило данные о том, что выработка энергии у медведей продолжает расти и снижаться в соответствии с суточным ритмом, даже если они впадают в спячку на нескольких месяцев без приема пищи, сообщает журнал EurekAlert!. Исследователи также обнаружили, что во время сна амплитуда выработки энергии притупляется, то есть диапазон максимумов и минимумов уменьшается. Пик приходится на более позднее время суток в период спячки, но суточные колебания все равно сохраняются. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Comparative Physiology.
«Работа подчеркивает важность самих циркадных ритмов – они обеспечивают гибкость организмов, позволяющую функционировать в таких экстремальных условиях, как спячка», – пояснил Хайко Янсен, старший автор исследования.
Циркадные ритмы – 24-часовые физические циклы, характерные для большинства живых животных на Земле, – связаны с метаболическим здоровьем. Серьезные нарушения этих циклов у человека, например, при работе в ночную смену, связаны с такими проблемами, как увеличение веса и более высокий риск диабета.
В некотором смысле медведи являются экстремальными сменщиками: они проводят в спячке до шести месяцев. Ученые пытаются выяснить, как им удается вести такой, казалось бы, нездоровый образ жизни – набирать избыточный вес, затем обходиться без пищи и не двигаться в течение нескольких месяцев — и все это без таких пагубных последствий, как потеря костной массы или диабет.
В отличие от грызунов, которые находятся практически в коматозном состоянии в спячке, медведи в этот период время от времени передвигаются. Наблюдая гризли в Центре медведей (WSU), ученые обнаружили, что эти движения подчиняются циркадному ритму, причем днем они более активны, чем ночью. В работе ученые попытались выяснить, выражен ли этот ритм на клеточном уровне. Специалисты взяли образцы клеток у шести медведей в периоды активности и спячки для проведения ряда генетических анализов.
Для имитации спячки были изучены клетки при типичной для медведей пониженной температуре тела во время спячки – около 34 градусов Цельсия и клетки во время активного сезона при температуре 37 градусов.
Результаты показали, что в клетках медведей, находящихся в спячке, экспрессируются тысячи генов. Это выражалось в ритмах выработки энергии через повышение и понижение уровня аденозинтрифосфата, или АТФ, – клеточного источника энергии организма. В условиях спячки АТФ по-прежнему вырабатывался в суточном режиме, но амплитуда его выработки была притуплена, пики уменьшились. Кроме того, в условиях спячки точка наибольшего производства АТФ смещается на более позднее время суток, чем в условиях активного сезона.
Поддержание циркадного ритма требует определенных затрат энергии. Исследователи полагают, что некоторое его изменение во время спячки может позволить медведям получать определенную энергетическую выгоду от суточного цикла без особых затрат, что, вероятно, поможет им выжить, оставаясь без пищи в течение нескольких месяцев.
«Это похоже на настройку термостата. Если вы хотите сэкономить энергию, вы убавляете его обороты, и именно так поступают медведи. Они используют способность подавлять циркадный ритм, но не останавливают ход часов. Это действительно новый способ тонкой настройки метаболических процессов и энергозатрат у животных», – заключили ученые.
[Фото: Bob Hubner, Washington State University]