09/10/2022
0
Сегодня начинается неделя толстого медведя, славная осенняя традиция, когда любой, у кого есть подключение к Интернету, может проголосовать за самого толстого бурого медведя в национальном парке Катмай на Аляске. В прошлом году более 800 000 человек взвешивались во время Недели толстых медведей, победив Отиса, огромного медведя с ямочками, чемпионом Толстого медведя в четвертый раз.
Но для многих ученых истинное очарование Недели толстого медведя связано с тем, что происходит дальше, когда теперь уже похожие на пляжный мяч брюшки, несущие около 40 процентов жира, залезают в свои берлоги и начинают впадать в спячку. Во время спячки они остаются здоровыми в условиях, которые ослабили бы и вызвали заболевание у обычных людей. Медведи появляются спустя месяцы, поджарые, сильные и почти не затронутые месяцами голодания и бездействия.
До недавнего времени исследователи не могли объяснить, каким образом. Но несколько увлекательных новых молекулярных исследований показывают, что ремоделирование гибернации влечет за собой метаболизм и генную активность уникальными и драматическими способами, которые могут иметь отношение к людям. Толстые медведи могут продвинуть наше понимание диабета, мышечной атрофии, малоподвижности и изобретательности эволюции.
Замечательный медведь в спячке
На первый взгляд спящие медведи кажутся пассивными и инертными. В течение пяти и более месяцев они не едят, не пьют, не мочатся, не испражняются и не двигаются, за исключением случаев, когда они переворачиваются или дрожат. Их метаболизм снижается примерно на 75 процентов. Сердце бьется, а легкие надуваются всего несколько раз в минуту. Почки отключились. Медведи вырастают глубоко резистентными к инсулину.
Если бы это были мы, то потеряли бы большую часть мышечной массы из-за малоподвижности и, вероятно, заболели бы диабетом, сердечными заболеваниями, почечной недостаточностью, дряхлостью и другими недугами.
Но медведи сохраняют свои мышцы и быстро восстанавливают нормальную, здоровую чувствительность к инсулину и функции органов после спячки.
«Спячка намного сложнее и полнее, чем мы когда-то думали», — сказала Джоанна Келли, профессор биологии Университета штата Вашингтон, изучающая медведей гризли в Медвежьем центре WSU.
(Роберт Хабнер/Вашингтонский государственный университет)
То, что медведи могут изменить свою резистентность к инсулину, удерживать свои мышцы и набирать и сбрасывать такое огромное количество веса сезон за сезоном без очевидных побочных эффектов, «весьма примечательно», — сказал Хайко Янсен, профессор интегративной физиологии и неврологии в штате Вашингтон. университета, который также связан с медвежьим центром.
Чтобы узнать, как медведи справляются с этим, он, Келли и другие исследователи из Университета штата Вашингтон и других стран в течение года брали у медведей кровь и брали мельчайшие образцы тканей. (По словам Янсена, живущие в WSU животные обучены и готовы к сотрудничеству, и им не требуется повторная анестезия для этих процедур.)
Изменения медвежьего жира в зависимости от сезона
Сравнив образцы, они пришли к выводу, что спячка биологически сверхъестественна, но вряд ли тиха. В исследовании 2019 года ученые WSU и другие ученые обнаружили у медведей более 10 000 генов, которые работают по-разному во время спячки по сравнению с осенью или весной. Многие из них связаны с активностью инсулина и расходом энергии, и большинство из них происходит в жире животных, который становится довольно резистентным к инсулину во время гибернации и резко чувствителен к инсулину сразу после него.
Углубившись в этот процесс для нового исследования , опубликованного в сентябре в iScience, они омыли жировые клетки, взятые у зимующих и активных медведей, сывороткой крови, взятой в противоположное время, и наблюдали за сменой сезонов жира. Жир медведей, впадающих в спячку, стал чувствительным к инсулину и генетически подобен жиру активного сезона, и наоборот.
Возможно, наиболее убедительным является то, что они также идентифицировали и сопоставили сотни белков в крови животных и обнаружили восемь, содержание которых существенно различалось от одного сезона к другому. Эти восемь белков, по-видимому, являются движущей силой большинства генетических и метаболических изменений в жире.
По словам Келли, потенциально те же самые восемь белков, которые также присутствуют в крови человека, в какой-то момент могут быть использованы в фармацевтике для улучшения чувствительности к инсулину или лечения диабета и других нарушений обмена веществ у людей. Но эта возможность лежит далеко в будущем и требует гораздо большего количества исследований с медведями и нами (хотя, возможно, не в непосредственной близости).
Секрет медвежьих мышц
Ученые также изучали мышцы зимующих медведей. У людей длительное бездействие вызывает высвобождение множества биохимических веществ, которые разрушают и сокращают мышцы, предположительно потому, что наш организм считает неиспользованные ткани ненужными. Но медведи держатся за свои мускулы даже месяцами без движения.
Их секрет, похоже, снова заключается в веществах, протекающих через их кровь. В исследовании, опубликованном ранее в этом году, исследователи из Японии пропитывали мышечные клетки человека сывороткой крови зимующих или активных японских черных медведей или — в качестве контроля — лошадей и отслеживали реакцию клеток.
Сыворотка активных медведей и лошадей малоэффективна. Но человеческие мышечные клетки, маринованные в крови гибернаторов, производили гораздо меньше вещества, разрушающего мышцы, и гораздо больше других веществ, поддерживающих рост мышц. Клетки также оказались с более высоким общим количеством белка, строительного блока ткани, по сравнению с уровнями до сыворотки.
Эти процессы должны удерживать мышцы в точно настроенном балансе между разрушением и восстановлением, сказал Мицунори Миядзаки, профессор биомедицинских наук и здравоохранения в Университете Хиросимы, который руководил новым исследованием. В этом случае мышцы, даже неактивные, не росли бы, но и не сокращались бы.
(Роберт Хабнер)
Конечная цель этого исследования, по словам Миядзаки, состоит в том, чтобы изолировать и усовершенствовать все вещества и процессы в крови спящих медведей и в других частях их тела, которые защищают их от истощения мышц, в надежде, что эти же элементы могут лечить атрофию от сна или старения у людей.
«Вероятно, нет лучшего способа поддерживать здоровый образ жизни, чем физические упражнения», — сказал он, но для людей, которые по какой-либо причине не могут быть активными, внутренние процессы дремлющих медведей могут когда-нибудь дать передышку от слабости.
«Что интересно в этой работе, так это то, что эволюция уже выяснила, как справляться» с проблемами изменения резистентности к инсулину и сохранения неработающих мышц во время гибернации, — сказал Янсен.
Теперь ему и другим ученым, изучающим медведей, просто нужно продолжить обратный инжиниринг этой эволюции, сказал он, чтобы помочь нам лучше понять и в конечном итоге извлечь выгоду из устойчивости, а также харизмы толстых медведей.
