Мы совсем молодой вид, появившийся на этой планете всего лишь около 200 тысяч лет назад. Наш век короток, мы недолгие гости на Земле. Наши предки издавна поднимали глаза к нему, наблюдали за движением планет и звезд, определяли по нему смену сезонов и отсчитывали свой возраст.
На нашей планете существует немало видов животных, способных прожить гораздо дольше человека. Все мы слышали про знаменитых сухопутных черепах, живущих по 170 и более лет, к таким относится, например, Слоновая или, как ее чаще называют, Галапагосская черепаха. Но и это не является пределом для продолжительности жизни. Существует вид двухстворчатых моллюсков Arctica islandica (иногда его называют Ocean Quahog – Океанический венус), способных прожить до 400-500 и более лет. Один из знаменитых представителей этого вида, которому дали прозвище Мин в честь китайской династии, прожил 507 лет.
С чем же связана его столь продолжительная жизнь? Холодные условия жизни и окружавшие этот вид хищники внесли свою лепту в его эволюционное развитие. А именно, как полагают исследователи, сыграли свою роль в характерной чрезвычайно низкой скорости метаболизма, что в свою очередь, предположительно, замедляет физиологическое старение.
Можно предположить, что если метаболические процессы проходят с низкой скоростью, то такой организм должен быть ослабленным, но это будет большой ошибкой, если мы говорим о моллюске Arctica islandica. Его клетки медленно, но стабильно обновляются, позволяя при этом набрать вес животному. Более того, у этих животных есть тенденция увеличивать массу тела быстрее, чем увеличиваются органы вовлеченные в кислородные процессы (жабры и мантия моллюска). Таким образом получается, что поглощение кислорода телом неуклонно уменьшается с увеличением массы. Ожидается, что уменьшение поглощения кислорода с возрастом ускорит старение, так как клетки не получают его в достаточном количестве, но этого не наблюдается. Более того, эти моллюски успевают достигать крупных для своего вида размеров.
К чему же этим моллюскам такая особенность их метаболизма?
Тут стоит пояснить, что поведение Arctica islandica сильно зависит от сезона и, вероятно, от условий сезонного питания и температуры воды, в которой они живут, а также варьируется от популяции к популяции.
Моллюск при помощи сифонов самостоятельно контролирует поступление кислорода с водой в мантийную полость и поддерживает определенное значение парциального давления кислорода. Тем самым, он создает состояние аноксии, когда кислород не поступает, и нормоксии с нормальным поступлением кислорода. Особый интерес вызывает, что разные популяции Arctica islandica имеют свои «вентиляционные модели поведения», то есть дышат с разной скоростью. Например, моллюски из Северного моря дышат в несколько раз чаще, чем их собратья их Балтийского моря. Тем не менее, разные модели вентиляции дают примерно одинаковое значение парциального давления кислорода в полости мантии.
Огромное значение для дыхания моллюсков, да и других животных, имеет концентрация фитопланктона и, следовательно, количество кислорода в воде. Чем больше фитопланктона в воде, тем больше там появляется водорослей и цианобактерий, что в итоге приводит к резкому снижению содержанию кислорода.
Например, в июне концентрация фитопланктона увеличивается в 30 раз, по сравнению с февралем.
Итак, вернемся к метаболизму. Моллюск живет в достаточно суровых условиях. Особенно сложными они становятся в периоды, когда количество кислорода в воде уменьшается вследствие жизнедеятельности фитопланктона. Следовательно при дыхании в организм будет поступать катастрофически мало кислорода, наступит гипоксия у его клеток (недостаток кислорода), а в последствии окислительный стресс, который влечет за собой нарушение в работе митохондрий клеток, напрямую участвующих в дыхании.
Проще говоря, итогом всех сложных химических процессов станет накопление большого количества в клетке ROS (активных форм кислорода), а так же пероксидных, алкоксильных, алкильных радикалов. Что повлечет за собой нарушение восстановительной среды клетки, которую она старается поддерживать, повреждение ДНК, а так же липидов и белков, являющимися одними из главных строительных компонентов любой клетки. В последствии все это может привести к массовой гибели клеток и всего организма.
Но на удивление, всех этих процессов не происходит в организме Arctica islandica. Причиной этому стала эволюционная адаптация его клеток к гипоксии (недостатку кислорода), кроме того они получили хорошую антиоксидантную защиту, что означает, что они способны защитить организм от накопления ROS. Изучение моллюсков в условиях лаборатории показало интересную особенность: его клетки не просто обладают антиоксидантной защитой, а само продуцирование клетками ROS заметно снижено.
Стоит заметить, что умеренное количество ROS способствует некоторых иммунным реакциям, мобилизации процессов транспорта и заживления ран, а так же регулирует клеточную смерть.
При наблюдении за популяциями Arctica islandica ученые обнаружили интересную модель поведения. При избытке пищи, доступности кислорода в воде и приемлемой температуре окружающей среды моллюск самоиндуцировал метаболическую депрессию, вводя в себя в спонтанное «спящее» состояние. При этом моллюск закрывает свою мантию, переставая дышать в течение примерно 24 часов (время пребывания в таком состоянии варьируется в популяциях), следовательно, еще больше замедляет и без того медленный метаболизм. В таком состоянии моллюск находится в условиях аноксии, то есть, в его клетки не поступают новые порции кислорода. У другого животного это бы вызвало окислительный стресс, но только не у нашего моллюска, вследствие того, что он имеет чрезвычайно медленный метаболизм, который уменьшает присутствие активных форм кислорода в тканях и ограничивает уровень окислительных процессов во всем организме.
Но некоторые популяции зашли дальше остальных, они не просто инициируют у себя «спящее» состояние, они буквально вводят себя в состояние «гибернации», при этом моллюск зарывается в грунт морского дна и может находиться в таком состоянии от пары суток до недели. У зарывшихся вглубь грунта моллюсков полностью отсутствует внешнее дыхание, так как мантия закрыта, и в 10 раз снижается частота сердечных сокращений. Впрочем, некоторые популяции моллюсков при этом иногда открывают свои сифоны, заполняя жабры кислородом.
Как показали наблюдения, перед такой кратковременной «гибернацией» моллюск повышает парциальное давление кислорода в своей мантийной полости, вследствие чего его приток к его клеткам временно увеличивается, дыхание учащается и усиленно накапливаются молекулы АТФ. Как полагают учёные, это резкое накопление кислорода и энергии в клетках является вкладом в будущие затраты на закрытие мантии и зарывание в грунт морского дна.
Исследования необычного поведения моллюска Arctica islandica все еще продолжаются. Учёных волнует вопрос, как моллюскам удается при выходе из состоянии «гибернации» избегать окислительного стресса от резкого поступления новой партии кислорода в клетки организма. Возможно, секрет кроется именно в антиоксидантных функциях, которые и снижают повреждения при резком выходе из гипоксической среды.
Но главный вопрос всё же в другом. Как моллюскам удается вырабатывать новую порцию энергии в виде молекул АТФ, находясь в состоянии «спячки» или «гибернации»? Как показывают последние исследования, их митохондрии способны работать с двумя состояниями организма по мере необходимости, а именно митохондрии облают способностью производить молекулы АТФ не только кислородным путем, как это происходит в обычных условиях, но и анаэробными путями (без участия молекул кислорода).
Возможно, изучая столь долгоживущие организмы, мы сможем найти способ продлить жизнь и себе. Тогда, наше время под звёздами не будет столь кратким. Кто знает, может быть именно увеличение продолжительности жизни станет тем шагом, который поднимет человека на ступеньку выше к возможности путешествовать по Космосу, преодолевая межзвёздные расстояния за жизнь одного поколения и позволит смело идти туда, куда не ступала нога человека.
Источники:
• Journal of Experimental Biology
• "A Metabolic Model For The Ocean Quahog Arctica Islandica — Effects Of Animal Mass And Age, Temperature, Salinity, And Geography On Respiration Rate". S. BEGUM, L. BASOVA, J. STRAHL, etc. Journal of Shellfish Research, Vol. 28, No. 3, 533–539, 2009
