Замедленный метаболизм помогает мигрирующим гусям парить

Новое исследование, опубликованное в eLife, объясняет, как некоторые гуси способны к длительному полёту на большой высоте.

Команда впервые собрала кардиореспираторные данные о полёте горных гусей в аэродинамической трубе на смоделированной высоте 9000 м. Учёные обнаружили, что птицы поддерживают полёт в условиях низкого содержания кислорода за счёт снижения метаболизма.

Горные гуси известны своими высотными миграциями: их напрямую отслеживали на высоте до 7290 м, а по неподтверждённым данным — до 9000 м. Предыдущие исследования указывали на ряд адаптаций, позволяющих этим птицам максимально эффективно использовать кислород на высоте, например, способность эффективно доставлять кислород к отдельным клеткам. Однако до сих пор не было комплексных измерений физиологии горных гусей во время полёта в условиях гипоксии, отчасти из-за малого числа в мире подходящих для таких экспериментов аэродинамических труб.

Чтобы восполнить этот пробел, исследовательская группа из Университета Британской Колумбии (UBC, Ванкувер, Канада) импринтировала стаю горных гусей, выращенных на уровне моря, и обучила их летать в аэродинамической трубе. Руководили группой Джессика Мейр, в то время постдок в лаборатории Билла Милсома в UBC, и Джулия Йорк, студентка-исследователь, ныне кандидат наук в Техасском университете в Остине, США.

Оказалось, что шесть из семи птиц, способных летать в трубе, могли летать при умеренно низком уровне кислорода, соответствующем высоте около 5500 м — на таких высотах обычно летают их дикие сородичи. Три птицы также согласились летать в условиях экстремально низкого содержания кислорода, соответствующего высоте примерно 9000 м, по крайней мере, в течение коротких полётов, проведённых в исследовании.

«Мы были удивлены, обнаружив, что их частота сердечных сокращений во время полёта в условиях пониженного содержания кислорода была не выше, чем во время полёта при нормальном уровне кислорода, — говорит Йорк. — Мы также заметили, что температура в их венах снижалась во время смоделированных полётов. Предполагается, что это значительно увеличивает количество кислорода, которое может переносить их кровь. Наши данные свидетельствуют о том, что животные способны снижать свой метаболизм в соответствии с уменьшенным количеством доступного кислорода, без признаков кислородного голодания».

Милсом добавляет, что для определения того, как эти результаты соотносятся с более длительными миграционными перелётами горных гусей на больших высотах, потребуется дальнейшая работа по измерению физиологических переменных в дикой природе или во время более длительных полётов как в нормальных, так и в условиях низкого содержания кислорода.

«Эти первоначальные измерения прокладывают путь для будущих экспериментов, которые, как мы считаем, значительно продвинут область высотной физиологии вперёд, — объясняет Мейр. — Кроме того, наши выводы актуальны для всех физиологических и биомедицинских областей, связанных с животными и людьми в условиях низкого содержания кислорода, таких как медицинские состояния, включая сердечные приступы и инсульты, или процедуры, такие как трансплантация органов».

Это исследование — один из ряда экспериментов, проведённых Мейр в её научной карьере, чтобы понять, как животные справляются с экстремальными условиями. Её предыдущая работа включала поездки в Антарктиду для изучения адаптаций императорских пингвинов к длительным подводным погружениям.

В настоящее время Мейр является астронавтом NASA и должна отправиться на Международную космическую станцию для шестимесячной миссии 25 сентября 2019 года, где она будет поддерживать исследования в области космических наук, в том числе изучение влияния длительных космических полётов на физиологию человека.