Жизнь в горах заставила тибетских антилоп отказаться от «взрослого» гемоглобина
Американские ученые обнаружили, что тибетские антилопы приспособились к жизни в условиях гипоксии неожиданным путем. Другие высокогорные животные добиваются эффективного транспорта кислорода с помощью разного рода мутаций в глобиновых генах (которые кодируют белковую часть гемоглобина). Антилопы же потеряли «взрослую» форму глобина целиком, оставив себе только «детские» варианты, которые лучше связываются с кислородом. Работа опубликована в журнале Science Advances.
В генах позвоночных закодировано несколько форм гемоглобина, и в течение жизни организм может переключаться с одной на другую. Это происходит, например, у млекопитающих после рождения. Дело в том, что в утробе матери ребенку нужна изоформа, которая сильнее связывает кислород — это позволяет конкурировать с материнскими эритроцитами и усиливает транспорт газов сквозь плаценту. После рождения в ней нет необходимости, и у взрослого человека эритроциты содержат уже другую изоформу.
Иногда во взрослом организме производятся обе изоформы, и это может облегчить жизнь человека, если в его «взрослом» гемоглобине завелась мутация, как, например, при талассемии — в таком случае «детский» белок компенсирует дефекты взрослого. Бывает и так, что в организме млекопитающего формы гемоглобина переключаются в зависимости от ситуации — например, при гипоксии овцы и козы начинают производить больше «детского» варианта белка.
Энтони Синьоре (Anthony Signore) и Джей Сторц (Jay Storz) из Университета Небраски предположили, что похожие механизмы могут оказаться полезны и высокогорным животным, которые часто оказываются в условиях дефицита кислорода. Своим объектом исследования они выбрали тибетскую антилопу (Panthelops hodgsonii), которая обитает на высоте 3600-5500 м над уровнем моря, где парциальное давление кислорода в два раза ниже, чем на побережье — что не мешает животным скакать по горам со скоростью более 70 километров в час.
Для начала исследователи охарактеризовали локус β-глобиновых генов (от которых зависит тип белковой части гемоглобина) у тибетской антилопы. Известно, что у ближайших родственников антилопы — коров, коз и овец — этот локус устроен по-разному. У коров в нем есть два варианта глобина: βA, который образует «взрослую» форму белка, и βF, который отвечает за «детский» вариант. У коз и овец же и βA, и βF работают во взрослом возрасте, но появился третий вариант, βС, который как раз экспрессируется у зародышей.
У тибетской антилопы ученые обнаружили два варианта, которые были расположены примерно так же, как у коровы. Однако сравнительный геномный анализ показал, что антилопы потеряли вариант βA — самый распространенный среди млекопитающих, таким образом, оставшись без «взрослой» формы гемоглобина. Таким образом, у антилоп обнаружились следы педоморфоза — эволюционного процесса, в ходе которого взрослая особь приобретает признаки детеныша.
Авторы работы проверили, действительно ли потеря «взрослого» варианта придает гемоглобину антилоп способность эффективно связывать кислород. Они измерили минимальное давление кислорода, необходимое для полунасыщения гемоглобина, и оно оказалось ниже, чем у других полорогих животных.
Ученые уже неоднократно обнаруживали у высокогорных животных механизмы, которые позволяют поддерживать аэробную активность в условиях гипоксии, причем нередко эти приспособления были связаны именно с гемоглобином. Однако до сих пор речь шла именно о точечных мутациях и изменениях в структуре белка — и здесь каждая группа животных двигалась своим путем. Теперь же стало ясно, что тибетские антилопы приобрели свою устойчивость к гипоксии совсем по-другому. И это уникальный пример того, как приспособление к конкретным условиям возникает в результате регуляции работы генов — «детская» форма белка начинает работать у взрослых особей и настолько успешно, что полностью вытесняет «взрослую» форму из генома.
Приспособления к жизни в горах можно найти и у людей. Мы уже писали о том, как жители высокогорных Анд оказались защищены от оспы, а обитатели Тибета обзавелись дополнительным объемом плазмы крови. А о том, как живут самые высокогорные растения, читайте в нашем блоге «Высоко сижу, далеко гляжу».
Полина Лосева
Они нам кажутся почти в два раза легче своего реально веса
Исследователи из Великобритании предложили людям сравнить вес их собственных ладоней и грузов, подвешенных к рукам, чтобы выяснить, насколько верно люди оценивают массу своего тела и его частей. Проведенные эксперименты показали, что испытуемые сильно занижают вес собственных кистей — в одном из экспериментов он оказался на 49,4 процента ниже, чем реальный. Результаты опубликованы в Current Biology. Когда мы берем какой-то предмет, его ощущаемый вес связан с чувством усилия — величиной двигательных команд, которые направляются мышцам. За восприятие веса самого нашего тела и его частей тоже отвечает центральная нервная система, но нет конкретных сенсорных рецепторов, которые были бы в этом задействованы. Воспринимаемый вес тела может меняться из-за усталости, анестезии и других факторов. Пациенты, перенесшие инсульт с параличом конечности, часто жалуются на то, что конечность стала тяжелее. Протезы тоже кажутся людям более тяжелыми, хотя часто весят меньше реальной руки или ноги. Элиза Ферре (Elisa R. Ferrè) из Лондонского университета и ее коллеги решили выяснить, как люди воспринимают вес собственной кисти. В трех экспериментах участвовали 60 человек. До начала испытаний каждый участник опускал кисть левой руки, опирающейся на предплечье, на 30 секунд, чтобы оценить ее вес. Затем к уже лежащей на подушке руке крепили браслет, на который подвешивали грузы разной массы. Участники должны были сказать, что ощущалось тяжелее — кисть или груз. Грузом выступали пакетики с рисом, всего их было 16 штук, а их масса составляла от 100 до 600 грамм. В экспериментах ученые использовали психофизическую лестницу. Среднюю массу кисти, согласно ранее проведенным исследованиям, ученые взяли за 400 грамм. Первый подвешенный груз отличался на 200 грамм, то есть его масса составляла 200 либо 600 грамм — в зависимости от того, была лестница нисходящей или восходящей. Массу следующего груза выбирал алгоритм: если участник считал, что груз тяжелее ладони, следующий подвешенный груз был легче, и наоборот. Так спустя какое-то количество испытаний масса грузов начинала колебаться вокруг некоторой цифры — предполагаемой (участником) массы кисти. В первом эксперименте 20 участников просто сравнивали вес кисти и вес груза. Всего с ними провели три блока по 20 испытаний. В конце эксперимента ученые измерили реальную массу кистей участников, посчитав объем вытесненной рукой воды. Средняя масса кисти составила 327,9 грамм. Участникам, однако, казалось, что их кисть весит гораздо меньше: средний ощущаемый вес кисти оказался в среднем на 49,4 процента ниже, чем реальный, — то есть кисть, по мнению испытуемых, весила менее 200 грамм (p < 0,0001). Во втором эксперименте участвовало еще 20 человек. Теперь после серии испытаний ученые попросили людей в течение десяти минут делать упражнения с ручным тренажером, чтобы их кисть устала. Усталость люди оценивали по стобалльной шкале; до начала испытаний она составляла в среднем 10 баллов, а после упражнений — 70. И до, и после упражнений участники воспринимали свои ладони более легкими, чем есть на самом деле. Однако уставшая рука казалась им немного тяжелее, и ощущаемый вес был уже на 28,8 процента ниже реального (p < 0,01), по сравнению с 43,9 процента до упражнений (p < 0,0001). В третьем эксперименте другие 20 участников пытались взвесить свою руку и мешочки с рисом, однако теперь в каждом испытании они чувствовали поочередно и вес кисти, и вес груза. Независимо от того, что они взвешивали первым, рука все равно казалось им легче, чем она есть на самом деле — в среднем на 33,4 процента (p < 0,001) Исследователи предположили, что такое искажение восприятия, возможно, помогает нам сравнивать массы двух предметов, которые мы берем в обе руки. Если один предмет весит 400 грамм, а другой 500, и к ним добавляется еще и масса самих рук (около 3 килограмм), то распознать, что тяжелее, а что легче, будет сложно. Таким образом, перцептивное «вычитание» веса собственных конечностей может улучшить восприятие веса самих предметов. Также авторы считают, что занижение ощущаемого веса тела — механизм, который помогает нервной системе модулировать активность, или, наоборот, отдых. А воспринимаемый вес предметов можно изменить в виртуальной реальности. Например, если предмет движется медленнее, чем рука, он будет казаться немного тяжелее. А еще более тяжелыми виртуальные объекты станут, если надеть на запястья вибрирующие ремешки.