Каланы, более известные как морские выдры, являются самыми маленькими морскими млекопитающими. Большую часть своей жизни они проводят в воде, потому эволюция одарила их уникальными механизмами поддержания комфортной температуры тела. Команда американских учёных провела исследование, которое раскрыло, как выдры выживают в холодных водах Тихого океана.
Выживание в холодной среде требует от живых организмов особых механизмов биологической адаптации. По мере охлаждения тела работа всех органов закономерно замедляется, в связи с чем некоторые животные вынуждены впадать в зимнюю спячку. Впрочем, некоторые виды способны противостоять холоду, повышая свой метаболизм. Хотя эта особенность млекопитающих уже давно не является для учёных секретом, до сих пор не было доподлинно известно, какие именно органы или ткани позволяют животным производить больше тепла.
Водным животным особенно тяжело сохранять устойчивую температуру, поскольку вода отводит тепло гораздо эффективнее воздуха. По этой причине большинство теплокровных морских видов отличаются немаленькими габаритами тела и мощной прослойкой подкожного жира. Морские выдры являются самыми миниатюрными среди водных млекопитающих и не имеют большого запаса жира, потому по логике вещей им должно приходится гораздо хуже других. Тем не менее они неплохо чувствуют себя в воде вне зависимости от её температуры. В связи с этим учёные из Юго-восточного университета Аляски и аквариума Монтерей-Бей решили изучить, как выдрам удаётся адаптировать собственный метаболизм, чтобы, возможно, пролить свет на некоторые механизмы метаболизма у людей.
В 1990-х годах учёные обнаружили, что выдры компенсируют относительно небольшие габариты тела и отсутствие обильной жировой прослойки природной «изоляцией» из шерсти. Более того, эти животные являются обладателями самой густой шерсти среди млекопитающих с плотностью покрова до миллиона волосков на квадратный дюйм кожи. Нетрудно догадаться, что такая шевелюра требует особого ухода, ведь от её целостности и чистоты зависит защита животного от переохлаждения. Как следствие, около 10% периода бодрствования выдры проводят за вылизыванием и расчёсыванием шерсти.
Безусловно, пища не может напрямую наделять клетки энергией. Вместо этого она расщепляется на простые питательные вещества, которые всасываются в транспортную систему (кровь, лимфу и т. п.), а затем попадают внутрь клеток. За освобождение энергии из органических соединений отвечают митохондрии, которые синтезируют молекулы АТФ, являющиеся основным переносчиком энергии внутри клетки. Однако не вся энергия превращается в молекулы АТФ, и её часть попросту рассеивается в виде тепла. Подобные процессы происходят во всех тканях живых организмов, но некоторые из них производят АТФ и тепло значительно активнее других.
На скелетную мускулатуру приходится от 20 до 50% массы тела млекопитающих. В работе данная ткань поглощает много энергии, производя при этом много тепла. Чтобы узнать, какую роль метаболизм внутри мышечной ткани играет в сохранении температуры тела выдр, учёные взяли образцы мышц животных разного размера и возраста. Исследователи поместили крошечные препараты мышечной ткани внутри специальных камер, предназначенных для наблюдения за уровнем потребления кислорода, который напрямую связан с количеством поглощаемой энергии.
Стимулируя и замедляя различные метаболические процессы, учёные обнаружили, что митохондрии выдр невероятно эффективны в своей неэффективности. Другими словами, в ходе синтеза молекул АТФ митохондрии этих животных «теряют» очень много тепла. На этот «продуманный сбой» в работе органелл расходуется около 40% кислорода, потребляемого клетками скелетной мускулатуры. Таким образом выдры согреваются даже в периоды абсолютного бездействия. К слову, особенности метаболизма были одинаковыми как в мышцах взрослых особей, так и у новорождённых детёнышей, которые в силу возраста имеют совершенно иной рацион, а также очень мало двигаются, не умея плавать или нырять.
По мнению исследователей, их открытие наглядно демонстрирует, что мышечная ткань необходима млекопитающим не только для движения. Поскольку на неё приходится значительная часть общей массы тела, даже небольшое повышение скорости метаболизма приводит к заметному увеличению запасов энергии в организме. Учёные считают, что от ускорения обмена веществ могут выиграть не только выдры. К примеру, безопасные и обратимые методы усиления метаболизма найдут применение в медицине, в частности, в борьбе с лишним весом. С другой стороны, искусственное замедление метаболизма поможет подавлять рост некоторых раковых опухолей, сохранять энергию в организме пациентов с дегенеративными заболеваниями или даже уменьшить количество ресурсов, необходимых для поддержания жизни астронавтов во время межпланетных перелётов.