Куропатки пожертвовали иммунитетом ради выживания в зимней Арктике

Исследователи из Швеции и Норвегии обнаружили, что тундровые куропатки с полярного архипелага Шпицберген в зимнее время тратят на борьбу с инфекциями меньше энергии, чем весной. Это позволяет сохранить больше ресурсов для поддержания температуры тела. Как отмечают авторы в своей статье в журнале Journal of Experimental Biology, такая стратегия может показаться рискованной, однако она, похоже, хорошо работает в высоких широтах, где патогенные микроорганизмы и вирусы неактивны на протяжении большей части года.

В холодный период года животные сталкиваются с нехваткой пищи, что вынуждает многих из них мигрировать или резко снижать уровень метаболизма. Тем не менее, некоторые птицы и млекопитающие не только зимуют в высоких широтах, но и остаются активными. Чтобы пережить трудные времена, им необходимо разумно управлять энергетическими ресурсами, в первую очередь используя их для терморегуляции и урезая расходы на другие функции организма.

Иммунная система расходует много энергии, поэтому неудивительно, что животным приходится идти на компромисс между ее работой и поддержанием температуры тела. В результате интенсивность иммунных реакций в холодное время года у многих видов теплокровных снижается. Пока неясно, что именно служит причиной для сезонных изменений иммунитета — температура, длина светового дня или состояние организма.

Шведские и норвежские ученые под руководством Андреаса Норда (Andreas Nord) из Лундского университета проанализировали баланс между работой иммунной системы и терморегуляцией на примере шпицбергенского подвида тундровой куропатки (Lagopus muta hyperborea), населяющего одноименный архипелаг и Землю Франца-Иосифа. Это единственная птица, зимующая так далеко на севере, что делает ее идеальным объектом для подобных исследований. Пережить зиму куропаткам помогают теплоизоляционное оперение, запасы жира и снижение двигательной активности.

Исследователи провели эксперименты с 12 взрослыми самцами, шесть из которых появились на свет в неволе, а шесть были отловлены на Шпицбергене в возрасте одной-трех недель. В вольерах, где жили куропатки, поддерживалась продолжительность светового дня, аналогичная шпицбергенской. Зимой птицам, содержавшимся в полной темноте при температуре ноль градусов Цельсия, ввели липополисахарид кишечной палочки (Escherichia coli) — непатогенный антиген, запускающий врожденную иммунную реакцию, которая проявляется в форме лихорадки.

После этого у куропаток измеряли температуру тела, скорость метаболизма в покое и уровень биомаркеров иммунного ответа. Кроме того, в течение трех недель после заражения фиксировались аппетит птиц и изменения массы их тела. Затем эксперимент повторили при других условиях: зимой в полной темноте и после резкого снижения температуры до минус 20 градусов Цельсия, а также весной при круглосуточном освещении и температурах ноль градусов Цельсия и минус 20 градусов Цельсия.

Оказалось, что у куропаток, которых подвергали ложному заражению зимой, метаболизм был в среднем на четыре процента ниже базового уровня. В то же время весной инъекция бактериального липополисахарида повышала уровень обмена веществ в среднем на девять процентов. Это говорит о том, что в зимний период птицы предпочитали тратить меньше энергии на борьбу с инфекцией.

Биомаркеры иммунной реакции также вели себя необычно. Уровень большинства из них снижался через десять часов после заражения, а затем либо медленно рос, либо оставался на низком уровне. Судя по этим данным, организм куропаток расходовал уже имеющиеся иммунные клетки и очень медленно синтезировал новые. Долгий период отказа от пищи и снижения массы после «заражения», составлявший в среднем 9 дней, также указывает на медленное выведение токсинов из организма.

Таким образом, при дефиците пищи в холодное время тундровые куропатки снижали расходы на борьбу с инфекциями, чтобы не тратить ресурсы, необходимые для терморегуляции. Эта стратегия может показаться рискованной, поскольку она повышает их уязвимость к инфекциям в холодное время года. Однако авторы предполагают, что такой компромисс оправдан в условиях крайнего севера, где разнообразие и скорость передачи патогенов невелики на протяжении большей части года. К сожалению, быстрые изменения климата и освоение Арктики людьми могут ускорить распространение инфекций и поставить существование удивительных птиц под угрозу.

С суровыми зимними условиями сталкиваются не только птицы, но и мелкие млекопитающие — например, обыкновенные бурозубки (Sorex araneus). Эти насекомоядные активны при отрицательных температурах и при этом не делают запасов. К зиме масса тела и объем мозга бурозубок снижаются, что должно приводить к ускорению метаболизма. Однако по непонятной причине этого не происходит.

Сергей Коленов