Высокое содержание этанола и продуктов его распада в крови у не впадающих в спячку животных не дает им замерзнуть.
Сибирские ученые выявили сезонные колебания концентрации этанола и ацетальдегида (продукт распада этилового спирта) в крови северных оленей. Исследователи выяснили, как эта особенность позволяет животным адаптироваться к суровым климатическим условиям. Такая особенность есть и у человека, но концентрация вырабатываемого этанола в 12 раз ниже.
Алкоголь и холод
В начале зимы температура тела северного оленя падает на семь градусов, животное становится менее подвижным, у него снижается уровень обмена веществ и потребления кислорода. Такие перемены в поведении и метаболизме объясняются тем, что в ходе эволюции организм северных оленей адаптировался к холоду. Вместе со сменой времени года в нем перестраиваются процессы, ответственные за терморегуляцию и интенсивность обмена веществ.
Одна из ключевых систем, имеющих регуляторное значение при адаптации оленя к холоду, включает вырабатываемые клетками его организма этанол, промежуточный продукт окисления которого — ацетальдегид, — и участвующие в метаболизме этих веществ ферменты. Однако каким именно образом работает такая система в организме не впадающих в зимнюю спячку крупных млекопитающих, до сих пор было неизвестно.
Ученые из Института биологических проблем криолитозоны СО РАН изучили состояние метаболической системы северного оленя в зимний и летний периоды. Исследователи доказали ее участие в механизмах адаптации животного к смене климатических условий, когда колебания температуры составляют от –50 до +38 градусов.
Зимнее промилле
Сначала ученые измерили и сравнили концентрацию этанола и ацетальдегида в крови северных оленей, лабораторных мышей и человека. Выяснилось, что концентрация эндогенного (вырабатываемого клетками организма) этанола в крови лабораторных грызунов, как и человека, почти не изменяется в течение года. Но в крови северного оленя ее значение зимой в 1,3 раза выше, чем летом. При этом круглый год концентрация этанола у оленя остается в 8–12 раз выше, чем у лабораторных крыс и человека. Уровень же эндогенного ацетальдегида в крови этого животного по сравнению с содержанием в крови лабораторных крыс или человека был повышен летом в три, а зимой более чем в 12 раз.
— Физиологическое значение таких больших количеств эндогенного ацетальдегида зимой заключается в том, что он снижает интенсивность биоэнергетических процессов в организме, — поясняет главный научный сотрудник Института биологических проблем криолитозоны СО РАН Ольга Колосова. — Благодаря этому происходит снижение температуры тела животного, уменьшается теплоотдача. Уровень обмена веществ сохраняется на минимально достаточном для поддержания жизнедеятельности уровне. Эндогенный этанол также способствует поддержанию биоэнергетических процессов на оптимальном для условий суровой зимы уровне, являясь дополнительным биоэнергетическим субстратом.
Что оленю хорошо, то человеку смерть
Цепочка процессов, приводящая к адаптации организма в условиях холода, выглядит так. Сначала под воздействием мороза в мозгу адаптированных животных синтезируются регуляторные пептиды — особые вещества, которые активируют определенные гены.
Далее, по словам главного научного сотрудника Института биологических проблем криолитозоны СО РАН Бориса Кершенгольца, это приводит к появлению особых форм ферментов, стимулирующих образование эндогенных этанола и ацетальдегида. Уровень биоэнергетического обмена у животных снижается, оставаясь на стабильно пониженном уровне на протяжении всей зимы. Ближе к лету он снова возрастает, чтобы организм оленей подготовился к репродуктивному циклу и следующей зиме.
Однако существование такого механизма адаптации к холоду у северных оленей не означает, что выпитый алкоголь поможет сохранить тепло человеку или другому животному, чей организм не приспособлен включать в обмен веществ огромное количество этанола.
— Распад алкоголя происходит с высвобождением тепла, поэтому предполагаемый авторами работы механизм терморегуляции у животных вполне может существовать, — подтверждает результаты работы профессор кафедры медико-социальной экспертизы, неотложной и поликлинической терапии Сеченовского университета Алексей Буеверов. — Но у человека прием алкоголя приведет лишь к кратковременному согреванию, которое быстро пройдет. Следовательно, «греться» придется регулярно, что закономерно обусловливает потерю самоконтроля и сопряженный с этим риск замерзнуть в сугробе.
Более того, концентрации этанола и особенно ацетальдегида, образующихся в крови северного оленя зимой, для человека являются запредельно токсичными, вплоть до летального исхода.
В планах авторов работы — продолжение исследований особенностей организма северного оленя, позволяющих адаптировать обмен веществ к условиям низких температур при потреблении в пищу только ягеля. Другие животные этот лишайник практически не едят, так как не умеют его переваривать.
Сибирские ученые выявили сезонные колебания концентрации этанола и ацетальдегида (продукт распада этилового спирта) в крови северных оленей. Исследователи выяснили, как эта особенность позволяет животным адаптироваться к суровым климатическим условиям. Такая особенность есть и у человека, но концентрация вырабатываемого этанола в 12 раз ниже.
В начале зимы температура тела северного оленя падает на семь градусов, животное становится менее подвижным, у него снижается уровень обмена веществ и потребления кислорода. Такие перемены в поведении и метаболизме объясняются тем, что в ходе эволюции организм северных оленей адаптировался к холоду. Вместе со сменой времени года в нем перестраиваются процессы, ответственные за терморегуляцию и интенсивность обмена веществ.
Одна из ключевых систем, имеющих регуляторное значение при адаптации оленя к холоду, включает вырабатываемые клетками его организма этанол, промежуточный продукт окисления которого — ацетальдегид, — и участвующие в метаболизме этих веществ ферменты. Однако каким именно образом работает такая система в организме не впадающих в зимнюю спячку крупных млекопитающих, до сих пор было неизвестно.
Ученые из Института биологических проблем криолитозоны СО РАН изучили состояние метаболической системы северного оленя в зимний и летний периоды. Исследователи доказали ее участие в механизмах адаптации животного к смене климатических условий, когда колебания температуры составляют от –50 до +38 градусов.
Сначала ученые измерили и сравнили концентрацию этанола и ацетальдегида в крови северных оленей, лабораторных мышей и человека. Выяснилось, что концентрация эндогенного (вырабатываемого клетками организма) этанола в крови лабораторных грызунов, как и человека, почти не изменяется в течение года. Но в крови северного оленя ее значение зимой в 1,3 раза выше, чем летом. При этом круглый год концентрация этанола у оленя остается в 8–12 раз выше, чем у лабораторных крыс и человека. Уровень же эндогенного ацетальдегида в крови этого животного по сравнению с содержанием в крови лабораторных крыс или человека был повышен летом в три, а зимой более чем в 12 раз.
— Физиологическое значение таких больших количеств эндогенного ацетальдегида зимой заключается в том, что он снижает интенсивность биоэнергетических процессов в организме, — поясняет главный научный сотрудник Института биологических проблем криолитозоны СО РАН Ольга Колосова. — Благодаря этому происходит снижение температуры тела животного, уменьшается теплоотдача. Уровень обмена веществ сохраняется на минимально достаточном для поддержания жизнедеятельности уровне. Эндогенный этанол также способствует поддержанию биоэнергетических процессов на оптимальном для условий суровой зимы уровне, являясь дополнительным биоэнергетическим субстратом.
Цепочка процессов, приводящая к адаптации организма в условиях холода, выглядит так. Сначала под воздействием мороза в мозгу адаптированных животных синтезируются регуляторные пептиды — особые вещества, которые активируют определенные гены.
Далее, по словам главного научного сотрудника Института биологических проблем криолитозоны СО РАН Бориса Кершенгольца, это приводит к появлению особых форм ферментов, стимулирующих образование эндогенных этанола и ацетальдегида. Уровень биоэнергетического обмена у животных снижается, оставаясь на стабильно пониженном уровне на протяжении всей зимы. Ближе к лету он снова возрастает, чтобы организм оленей подготовился к репродуктивному циклу и следующей зиме.
Однако существование такого механизма адаптации к холоду у северных оленей не означает, что выпитый алкоголь поможет сохранить тепло человеку или другому животному, чей организм не приспособлен включать в обмен веществ огромное количество этанола.
— Распад алкоголя происходит с высвобождением тепла, поэтому предполагаемый авторами работы механизм терморегуляции у животных вполне может существовать, — подтверждает результаты работы профессор кафедры медико-социальной экспертизы, неотложной и поликлинической терапии Сеченовского университета Алексей Буеверов. — Но у человека прием алкоголя приведет лишь к кратковременному согреванию, которое быстро пройдет. Следовательно, «греться» придется регулярно, что закономерно обусловливает потерю самоконтроля и сопряженный с этим риск замерзнуть в сугробе.
Более того, концентрации этанола и особенно ацетальдегида, образующихся в крови северного оленя зимой, для человека являются запредельно токсичными, вплоть до летального исхода.
В планах авторов работы — продолжение исследований особенностей организма северного оленя, позволяющих адаптировать обмен веществ к условиям низких температур при потреблении в пищу только ягеля. Другие животные этот лишайник практически не едят, так как не умеют его переваривать.
