Красноклювые ткачи, мелкие воробьиные птицы родом из Африки, смогли без вреда для себя пережить временное повышение температуры тела до 48 градусов. Это рекордно высокое значение, которое примерно на два градуса превышает верхнюю границу температурной толерантности подавляющего большинства птиц и млекопитающих. По мнению орнитологов, «суперспособность» ткачей связана с жизнью в огромных стаях, которые лишь изредка посещают водопой: чтобы сэкономить воду, птицам необходимо сокращать ее расходы на охлаждение тела. Результаты исследования опубликованы в статье Scientific Reports.
Температура тела выше 45-47 градусов Цельсия летальна для большинства позвоночных животных. Она нарушает снабжение организма кислородом и приводит к деградации крупных биологических молекул. Лишь немногие ящерицы способны выдержать температуру тела до 51 градуса по Цельсию, в то время как для птиц и млекопитающих верхняя граница редко превышает 46 градусов.
Команда исследователей во главе с Эндрю Маккени (Andrew McKechnie) из Преторийского университета решила оценить температурную устойчивость красноклювых ткачей (Quelea quelea). Эти мелкие воробьиные, распространенные по всей тропической Африке, считаются самыми многочисленными дикими птицами в мире: общее число представителей вида составляет около полутора миллиардов особей.
Красноклювые ткачи часто перемещаются миллионными стаями. Это обеспечивает защиту от хищников, однако приводит к другим трудностям. Например, на водопой стая отправляется лишь после того, как с недостатком жидкости столкнется достаточно большая доля птиц. Это значит, что многие особи подолгу ждут возможности утолить жажду.
Орнитологи предполагают, что в подобной ситуации ткачи временно урезают расход жидкости, в том числе на охлаждение организма. Это позволяет снизить риск обезвоживания, но приводит к росту температуры тела. Если данная идея верна, то красноклювые ткачи могут сталкиваться с очень высокими температурами тела.
Чтобы проверить данную гипотезу, исследователи поймали двадцать красноклювых ткачей и провели с ними серию экспериментов. Птиц поместили в индивидуальные пластиковые камеры объемом около трех литров, куда подавался очищенный от водяного пара атмосферный воздух. Температуру в них установили на 28 градусов Цельсия, а затем постепенно повышали с шагом в четыре градуса. После достижения сорокаградусной отметки каждый шаг был равен двум градусам. Максимальная температура воздуха в эксперименте составила 52 градуса Цельсия.
На каждой ступени ткачи проводили минимум десять минут. За это время ученые успевали измерить температуру их тела с помощью вживленного транспондера, а также потери воды с испарением и объем выдыхаемого углекислого газа. Если орнитологи видели, что птица демонстрирует признаки перегрева, ее сразу же извлекали из камеры, протирали перья на брюхе спиртом (чтобы охладить) и сажали в клетку с доступом к воде и пище. После окончания исследования всех ткачей выпустили там же, где поймали.
В начале эксперимента средняя температура тела красноклювых ткачей составила 40,9 градуса Цельсия, что соответствует значениям, характерным для большинства мелких воробьиных. После того, как воздух нагрелся до 38 градусов, температура тела подопытных птиц начала расти, в среднем на полградуса при повышении температуры окружающей среды на один градус.
При температуре воздуха 51 градус Цельсия птицы нагрелись в среднем до 48 градусов. У отдельных особей температура тела оказалась еще выше — 49 градусов. Это на 2-3 градуса выше границ толерантности подавляющего большинства птиц и млекопитающих. Таким образом гипотеза, что красноклювые ткачи могут без вреда для здоровья переносить экстремальные температуры, подтвердилась. Возможно, эти птицы полагаются на масштабное производство белков теплового шока, а также развитую сосудистую систему глаз, которая служит для охлаждения мозга. При этом способность охлаждаться за счет испарения оказалась у ткачей довольно скромной.
Интересно, что другие виды мелких воробьиных, которые живут в жаркой засушливой среде, не приспособлены к столь высоким температурам тела. По мнению авторов, это указывает, что адаптации к экстремальному нагреву, например, масштабное производство белков теплового шока, слишком затратны с энергетической точки зрения. Вероятно, они выгодны лишь для птиц, образующих большие стаи. Чтобы проверить это предположение, специалисты намерены исследовать другие стайные виды из засушливых зон — например, волнистых попугайчиков (Melopsittacus undulatus). А красноклювые ткачи станут отличным модельным организмом, который поможет изучить механизмы и пределы температурной толерантности позвоночных животных.
К сожалению, далеко не все живые организмы столь толерантны к высоким температурам. Например, эмбрионы рыб, а также особи на стадии нереста очень уязвимы к чрезмерному нагреву. Если глобальное потепление продолжится теми же темпами, что и сейчас, то к 2100 году около 60 процентов морских и пресноводных видов рыб могут столкнуться с температурными условиями окружающей среды, в которых их размножение станет невозможным, предсказывают ученые.
Сергей Коленов