Увеличение объема плазмы крови помогло тибетским шерпам адаптироваться к гипоксии
Исследователи обнаружили еще одну черту, которая помогает тибетским шерпам адаптироваться к гипоксии, сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences. По сравнению с живущими в Андах индейцами кечуа у них более высокий объем плазмы крови, при этом количество гемоглобина в крови у обеих популяций оказалось сравнимо. За счет увеличения объема плазмы концентрация гемоглобина в крови у шерпов остается довольно низкой, сравнимой с показателями жителей равнин. При этом низкая концентрация гемоглобина связана с бòльшим репродуктивным успехом у тибетских женщин и лучшей выносливостью у мужчин.
Жители Тибета и Анд служат примером успешной адаптации к жизни на высокогорье. Причем они адаптировались к гипоксии разными способами. У тибетцев появились единичные мутации в генах EPAS1 и EGLN1. Оба гена кодируют субъединицы фактора транскрипции, который регулирует экспрессию генов, связанных с клеточным ответом на гипоксию. Вариант гена EPAS1 тибетцы унаследовали от вымерших денисовских людей и он практически не встречается в других популяциях. У жителей Анд появилась единичная мутация только в гене EGLN1, причем не та, что у тибетцев. Кроме того, по сравнению с жителями равнин у них наблюдается повышенная концентрация гемоглобина в крови. А у тибетцев она почти такая же, как у людей, живущих на уровне моря или на небольшой высоте. Не слишком высокая концентрация гемоглобина связана с бòльшим количеством успешных беременностей у тибетских женщин и лучшей выносливостью у мужчин по сравнению с другими народностями, живущими на Тибетском плато.
Исследователи не выявили генетических адаптаций, связанных с концентрацией гемоглобина у тибетцев, поэтому предположили, что более низкая по сравнению с жителями Анд концентрация гемоглобина у тибетцев обусловлена бòльшим объемом плазмы крови. Этим можно было бы объяснить пониженную концентрацию гемоглобина у них в крови. Американские, британские, канадские и перуанские исследователи решили проверить эту гипотезу.
Авторы пригласили 20 шерпов, уроженцев района Кхумбу, расположенного на высоте 5050 метров, и 19 индейцев кечуа, родившихся и живущих в перуанском городе Серро-де-Паско, который расположен на высоте 4380 метров. Две другие группы, состоявшие из 16 и 20 участников, состояли из жителей равнинных районов. Физиологические показатели участников первой из них исследовали на высоте 244 метра над уровнем моря, второй — на высоте 5050 метров после 10-дневной адаптации. Все участники эксперимента были мужчинами. У них брали кровь на анализ и измеряли гематокрит (объем эритроцитов в крови), концентрацию гемоглобина, объем крови и объем плазмы крови. Также у участников измеряли частоту сердечных сокращений, ударный объем левого желудочка и максимальное потребление кислорода.
В результате самый высокий гематокрит оказался у индейцев кечуа, у шерпов он был ниже, чем у уроженцев Анд, но немного выше, чем у жителей равнин. При этом объем крови у кечуа и тибетцев был сравним. Как и предполагали исследователи, оказалось, что у тибетцев объем плазмы крови был выше, чем у жителей Анд. Общее количество гемоглобина у индейцев кечуа оказалось самым высоким, у шерпов оно было немного меньше, но все же выше, чем у уроженцев равнин. У шерпов и жителей равнин максимальное потребление кислорода коррелировало с гемоглобиновой массой. У кечуа исследователи этой зависимости не выявили.
Авторы заключают, что изучая адаптацию к высокогорным условиям, стоит ориентироваться не на концентрацию гемоглобина, а заниматься волюметрическими измерениями. Возможно, гемоглобиновая масса и объем плазмы крови являются характеристиками фенотипа, который важен при адаптации к условиям высокогорья.
Тибетцы адаптировались не только к гипоксии, но и обзавелись дополнительной защитой от ультрафиолета. У них обнаружили вариант гена метилентетрагидрофолатредуктазы, который обеспечивает повышенные уровни фолата и гомоцистеина в крови.
Екатерина Русакова
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.