Горные гуси в аэротрубе пережили гипоксию на модельном Эвересте

Горные гуси известны своей способностью летать на больших высотах, но до сих пор неизвестно, как они справляются с нехваткой кислорода. Ученые из США, Канады и Великобритании заставили животных летать в условиях нормального, низкого и крайне низкого содержания кислорода. Оказалось, что гуси способны замедлять свой обмен веществ. Поэтому им хватает ресурсов, чтобы выдержать по крайней мере несколько минут даже в условиях, имитирующих высоту в 9000 метров — это выше, чем Эверест. Исследование опубликовано в журнале eLife.

Дважды в год, по дороге на зимовку и обратно, горные гуси перелетают Гималаи. Их неоднократно замечали на высоте 5-7 километров, а в отдельных случаях очевидцы рассказывали, что видели их в районе Эвереста. Но чтобы летать на таких высотах, необходимо справиться с гипоксией - низким содержанием кислорода в воздухе. Как гуси ее переносят, до сих пор неизвестно.

Джессика Мейр (Jessica Meir) с коллегами из университетов США, Великобритании и Канады решила выяснить, как именно организм горных гусей приспосабливается к гипоксии.

Для начала необходимо было приучить гусей реагировать на экспериментаторов. Для этого Джессика Мейр и ее коллега Джулия Йорк взялись воспитывать новорожденных гусят. Поскольку ученые были первыми, кого птенцы видели в своей жизни, они приняли людей за маму (произошел импринтинг) и научились бегать за ними. Это необходимо, чтобы потом приучить животных к аэротрубе, в которой экспериментаторы имитируют условия полета. Птицы не очень охотно летают в аэротрубе, поэтому каждый эксперимент продолжался всего несколько минут. Однако, по мнению исследователей, этого достаточно, чтобы определить, что происходит внутри их организма при полете.

Когда птицы освоились в аэротрубе, на них надели кислородные маски. В трех экспериментах уровень кислорода в масках соответствовал либо нормальному (уровень моря), либо высоте Гималаев — 5000 метров, либо экстремальной высоте — 9000 метров. Кроме маски, на гусей надевали рюкзачок с приборами для измерения их физиологических параметров: давления, пульса, температуры и количества газов во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.

Машущий полет — самый энергозатратный процесс перемещения у позвоночных. Уровень обмена веществ (который измеряли по количеству выдыхаемого углекислого газа) при полете у гусей вырос примерно в 16 раз по сравнению с покоем. Но когда исследователи заставили птиц летать в условиях гипоксии, то оказалось, что уровень обмена веществ снижается, и чем меньше кислорода, тем он ниже.

Судя по всему, у горных гусей есть ряд приспособлений, которые делают транспорт газов по организму более эффективным. Во-первых, при гипоксии у них практически не растет частота сердечных сокращений: то есть они компенсируют нехватку кислорода не частотой перекачиваемой крови, а мощностью выброса. Во-вторых, у них снижается температура венозной крови — вероятно, потому что вены расположены близко к поверхности тела и охлаждаются воздухом. За счет этого кислород слабее связывается с гемоглобином и легче поступает в ткани. В артериях же кровь, наоборот, нагревается за счет движения мышц, и кислород из легких прикрепляется к гемоглобину прочнее. Наконец, исследователи полагают, что гуси могут снижать энергозатраты за счет других процессов — например, тормозить пищеварение.

Таким образом, хорошей стратегией для борьбы с нехваткой ресурсов оказалась суровая экономия. Заодно, кстати, исследователи подтвердили, что показания очевидцев, заметивших гусей в районе Эвереста, могут быть не случайностью: гуси способны летать при тех уровнях гипоксии, которые встречаются на высоте 9000 метров. Правда, ученые не ставили задачи полностью воспроизвести условия экстремального полета: они сконцентрировались на содержании кислорода в воздухе, а давление и температура в эксперименте были стандартными, в то время как при реальном полете на большой высоте и температура, и давление воздуха тоже могут оказывать существенное влияние на животных. Да и сами полеты в аэротрубе оказались короткими. Авторы работы связывают это с непривычными условиями: маска, рюкзачок и присутствие экспериментаторов могло, по их мнению, сильно снизить мотивацию птиц.

У современного человека предел возможностей гораздо ниже, вне зависимости от гипоксии. Несмотря на то, что некоторые мутации сделали нас выносливее, чем других приматов, нам сложно повысить свой уровень обмена веществ больше, чем в 2,5 раза — по крайней мере, при беге на длинные дистанции.

Полина Лосева