Природный дар: как выдры сохраняют тепло в холодном океане

«Утечки» в энергогенерирующих отделах мышечных клеток помогают выдрам поддерживать высокий уровень метаболизма даже в покое, и он в три раза превышает то, что можно было бы ожидать от животных такого размера. Это открытие объясняет, как выдры согреваются в холодной воде, и его выводы могут оказаться полезными для изучения других морских млекопитающих. Таким образом, ключ к теплу — не внешний слой, а процессы внутри клеток.

«Это может изменить наше представление об эволюции всех морских млекопитающих, а не только каланов», — говорит экофизиолог Терри Уильямс из Калифорнийского университета в Санта‑Крус, не участвовавшая в исследовании. Для того чтобы существовать в ледяных просторах океана, млекопитающим приходилось вырабатывать эффективные способы терморегуляции. У разных видов эти механизмы развивались по‑разному.

У многих морских млекопитающих действительно наблюдается повышенный метаболизм, однако они полагаются главным образом на крупные размеры тела и толстый слой подкожного жира. Морские выдры, напротив, относительно худые и малы по габаритам — это самые маленькие морские млекопитающие. Их мех, несмотря на репутацию одного из самых густых в природе, лишь частично компенсирует теплопотери: вода проводит тепло в 23 раза лучше, чем воздух, а небольшие тела с большой площадью поверхности теряют его быстрее даже при плотном волосяном покрове.

Учёные знали, что у каланов чрезвычайно высокий обмен веществ: температура тела держится на уровне 37 градусов по Цельсию, и для этого животным приходится ежедневно съедать примерно 25% собственной массы. Но оставался открытым вопрос о клеточном источнике этого «ускоренного» теплового обмена, как отмечает физиолог Травер Райт из Техасского университета A&M в Колледж‑Стейшн. Именно его команда занялась поиском ответов.

Райт и его коллеги сосредоточили внимание на мышцах выдр: их масса составляет от 40% до 50% общей массы тела, поэтому изменения в этих тканях существенно влияют на общий обмен веществ. Исследователи взяли образцы мышечной ткани у 21 выдры — как находившихся в неволе, так и диких, от детёнышей до взрослых особей. С помощью респирометра они измеряли дыхательную активность мышечных клеток в разных состояниях и сопоставляли полученные показатели с аналогичными данными у людей, ездовых собак и морских слонов, поскольку скорость потребления кислорода косвенно отражает выработку тепла клетками.

Оказалось, что дополнительные тепловые потери обеспечивают утечки в митохондриях — энергетических центрах клеток. Митохондрии прокачивают протоны через внутреннюю мембрану, а обратное «просачивание» этих протонов приводит к рассеянию энергии в виде тепла. Эти «утечки протонов» значительно повышают долю энергии, теряемой не на работу, а на тепло, поэтому каланы вынуждены потреблять больше пищи, чтобы восполнить затраты.

Подобный способ термогенеза встречается и у других млекопитающих, вплоть до мелких мышей, но у каланов он доведён до исключительных значений: утечки протонов составляют примерно 40% от общей дыхательной способности мышечных клеток — больше, чем у любого другого известного вида. Благодаря такому механизму выдры комфортно переносят северные воды с температурой около 0 градусов по Цельсию.