Как маленький африканский грызун обманул эволюцию - и почему учёные всего мира теряют от него голову.
Самый уродливый супергерой природы
Представьте себе существо размером с мышь, голое и морщинистое, с огромными торчащими зубами и крошечными глазками-бусинками. Выглядит как плохая шутка эволюции, правда?
А теперь добавьте к этому портрету пару деталей: это животное живёт больше 30 лет (в 10 (!) раз больше, чем другие грызуны такого размера), почти не болеет раком, не чувствует целый ряд видов боли.
Он голый, живёт весело и долго и не болеет.
Получается, одежда и стресс — главные враги человечества.
Но и этого природе оказалось мало - голый землекоп получил от природы еще одну суперспособность - выживать без кислорода 18 минут.
Голый землекоп (Heterocephalus glaber) - маленький грызун массой всего до 50 граммов, обитающий в подземных лабиринтах Восточной Африки.
Последние 15 лет он - настоящая рок-звезда научных журналов. О нём пишут Nature, Science, Cell. Геронтологи, онкологи и нейробиологи выстраиваются в очередь, чтобы изучить его секреты. И есть за что.
Голый землекоп - это живое доказательство того, что рак, старение и зависимость от кислорода - не приговор для млекопитающих. Эволюция нашла способ обойти все эти ограничения. Вопрос только в том, сможем ли мы однажды позаимствовать его «суперспособности» для себя. Но обо всём по порядку.
Кто такой голый землекоп и чем он отличается от обычной крысы
Землекопы и крысы разошлись около 73 миллионов лет назад. За это время землекоп накопил такое количество уникальных адаптаций, что стал одним из самых необычных млекопитающих на планете.
Землекоп живет под землёй, в разветвлённой системе тоннелей, где темно, душно и мало еды. Уровень кислорода там - всего 2-5% (для сравнения, на поверхности - 21%). Зато углекислого газа хоть отбавляй - больше 5%. Питается землекоп подземными клубнями и корнями, ведёт полностью подземный образ жизни и на поверхность практически не выходит.
Как выглядит голый землекоп? Не буду лукавить - страшновато (вы и без меня это видите).
Выглядит так, будто эволюция сказала: «Ладно, с внешностью не получилось — давайте дадим бессмертие».
Розоватая, морщинистая кожа без шерсти. Огромные резцы, которые торчат наружу даже при закрытой пасти (ими он роет тоннели). Крошечные глаза - зрение ему под землёй ни к чему. Зато у него есть кое-что поинтереснее красивой внешности.
Почему землекоп голый? Шерсть под землёй попросту не нужна. Этот грызун - одно из немногих пойкилотермных млекопитающих: температура его тела зависит от окружающей среды, как у рептилий. Он не тратит энергию на обогрев, а когда замерзает - просто прижимается к сородичам. Экономия ресурсов в условиях подземелья - дело серьёзное.
Если эволюция — это конкурс красоты,
он выиграл в номинации «Зато я бессмертный».
Почему голый землекоп живёт 30 лет и не стареет
Рекордные зафиксированные цифры возраста землекопа - 32-40 лет. Для грызуна его размера это всё равно что человеку прожить 800 лет. Обычная лабораторная мышь при аналогичной массе тела живёт 3-4 года. Землекоп превышает эту норму в десять раз.
Но самое интересное даже не продолжительность жизни, а её качество. Учёные называют состояние землекопа «пренебрежимым старением». Что это значит? Его физиологические функции, когнитивные способности и даже репродуктивный статус практически не снижаются с возрастом. Двадцатилетний землекоп чувствует себя примерно так же, как пятилетний. У него не растёт риск смерти от года к году - в отличие от нас с вами, у которых после определённого возраста кривая смертности резко идёт вверх.
Как землекопу удаётся замедлить старение? Его тело работает как хорошо отлаженная ремонтная мастерская. Когда у мышей и людей с возрастом в клетках копятся повреждённые белки, мутации ДНК и сломанные митохондрии, организм землекопа продолжает всё это эффективно чинить десятилетиями.
Ключевой механизм - аутофагия, процесс, при котором клетка буквально переваривает собственный мусор: сломанные органеллы, слипшиеся белки. У землекопов базовый уровень аутофагии гораздо выше, чем у мышей, и он не падает с возрастом.
А вот ещё парадокс, который биологи никак не могут понять.
Классическая теория старения гласит: организм изнашивается из-за накопления повреждений от свободных радикалов (активных форм кислорода). Так вот, у землекопа в тканях полно таких повреждений - даже в молодом возрасте! Но это не мешает ему жить долго. Секрет - в митохондриях. Они нейтрализуют избыток свободных радикалов в 2-5 раз эффективнее, чем мышиные. Повреждения есть, а вреда от них нет.
Метаболический профиль землекопа тоже уникален. Его кровь похожа на кровь животного, которое сидит на жёсткой диете с ограничением калорий. Низкий уровень метионина (аминокислоты, связанной со старением), повышенное содержание витамина Е и специфических полиаминов, которые поддерживают работу мозга.
Правда ли, что голый землекоп не болеет раком
Раньше считалось, что эти звери вообще не болеют раком. Но за последние годы у особей старше 20 лет всё-таки зафиксировали единичные случаи злокачественных опухолей.
Землекоп не имеет абсолютного иммунитета к раку. Зато его противоопухолевая защита работает на таком уровне, который нам и не снился.
Тут работают сразу несколько уникальных механизмов.
Первый и главный - гиалуроновая кислота. Да, та самая, которую вы, возможно, видели в рекламе кремов.
Гиалуроновая кислота - вещество, которое есть у всех млекопитающих. Но у землекопа её молекулы в 4 раза длиннее, чем у человека или мыши. Почему? Фермент, который собирает эти молекулы, у землекопа устроен чуть иначе - всего две замены в его структуре, а на выходе получаются цепочки-гиганты. А ферменты-разрушители, наоборот, работают вяло и не успевают эти цепочки разрезать.
Гиалуроновая кислота у него в четыре раза длиннее. Это не молекула — это очередь в МФЦ.
Ткани землекопа буквально пропитаны этим гиалуроновой кислотой.
Скорее всего, изначально это было нужно для эластичности кожи, чтобы протискиваться по узким тоннелям. А потом эта же кислота оказалась мощным щитом от рака.
Работает это так: длинные молекулы гиалуроновой кислоты цепляются за рецепторы на поверхности клеток и посылают сигнал «хватит делиться» - задолго до того, как клетки успевают сбиться в кучу и образовать опухоль. У обычных животных такой стоп-сигнал срабатывает поздно, когда клеток уже много. У землекопа - заранее, с большим запасом.
Учёные пытались искусственно вызвать рак у землекопа с помощью генного редактирования - и потерпели неудачу. Онкоген, который у мышей вызывает агрессивные опухоли лёгких в 100% случаев, на землекопа не подействовал вообще.
Учёные пытались вызвать у него рак. Он ответил: «Попробуйте ещё раз, мне даже не щекотно».
Чтобы рак всё-таки развился, пришлось одновременно сломать три защитных механизма: включить онкоген и выключить сразу два гена-супрессора, которые подавляют рост опухолей. Только тогда появились злокачественные клетки.
Выживает без кислорода и не чувствует боли
Мозг человека начинает умирать через пару минут без кислорода. Землекоп выдерживает 18 минут - и выходит из этого состояния без единого повреждения.
Представьте, 18 минут без кислорода! Я без мобильного интернета столько не выдерживаю.
Фокус в том, что его организм умеет переключаться на запасное топливо - фруктозу. Когда кислород заканчивается, обычные клетки впадают в энергетический ступор: главный фермент, расщепляющий глюкозу, блокируется, и производство энергии встаёт. А у землекопа во всех органах, включая мозг и сердце, работает специальный белок-транспортёр GLUT5, который затягивает фруктозу прямо в клетки и обходит эту блокировку.
Организм уходит в режим «подвешенной жизни»: пульс падает с 200 до 50 ударов в минуту, дыхание почти останавливается, расход энергии - на минимуме. А когда кислород возвращается - землекоп «включается» обратно, как ни в чём не бывало.
С болью - похожая история, только тут работает не обходной путь, а отключение.
В подземных тоннелях, где полно углекислого газа, ткани постоянно закисляются - и у любого другого животного это вызывало бы непрерывную боль. У землекопа мутировавший канал реагирует на кислоту наоборот: вместо того чтобы открыться и передать сигнал «больно», он блокируется. Кислота работает для него как анестезия.
Общество землекопов: королева, рабочие и солдаты
Если до этого момента землекоп казался вам просто странным грызуном с набором полезных мутаций - приготовьтесь. Его социальная структура не менее удивительна, чем его биология.
Его колония устроена как муравейник или пчелиный улей, что редкость для млекопитающих. До 300 особей живут вместе в системе подземных тоннелей, и у каждого - своя роль.
Во главе колонии - королева. Она спаривается с 1-3 племенными самцами, а все остальные - рабочие и солдаты - остаются бесплодными. Не навсегда: их бесплодие обратимо. Когда королева умирает, несколько высокопоставленных самок начинают борьбу за трон.
Королева подавляет репродуктивную функцию подчинённых не феромонами (как думали раньше), а физически. Она толкает, кусает и гоняет их, вызывая хронический стресс, который блокирует работу гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси. По сути, она так запугивает сородичей, что их гормональная система «выключает» способность к размножению.
Может ли человек использовать секреты землекопа
Изучение голого землекопа - это не просто академическое любопытство. Учёные уже работают над конкретными направлениями, которые могут изменить медицину будущего.
Борьба с раком. Перенос гена nmrHas2 (который отвечает за синтез сверхдлинной гиалуроновой кислоты) в человеческие клетки или создание препаратов, имитирующих её действие, - один из перспективных путей в профилактике онкологических заболеваний и лечении хронических воспалений.
Терапия инсультов. Механизм переключения мозга на фруктозу при дефиците кислорода может лечь в основу лекарств для пациентов с ишемией и инсультом - состояний, при которых нейроны гибнут именно от кислородного голодания.
Замедление старения. Мутации в сигнальном пути cGAS-STING, которые защищают землекопа от возрастного воспаления, дают конкретную цель для разработки препаратов, замедляющих дегенеративные процессы у пожилых людей.
Обезболивающие нового поколения. Мутация канала Nav1.7 подсказывает путь к созданию селективных анальгетиков, которые блокируют боль в очаге воспаления, не затрагивая другие функции нервной системы. Без побочных эффектов опиоидов.
Голый землекоп - не «ошибка эволюции» и не «бессмертное животное». Он - живой чертёж того, как можно жить долго, почти не болеть и не стареть в привычном смысле слова. Разгадать его секреты - значит получить ключ к принципиально новой медицине. И судя по темпам исследований, этот ключ уже почти у нас в руках.