Как перелётные птицы «пробегают марафон», сжигая мышцы и органы в долгих полётах

Перелётные птицы совершают длительные беспосадочные перелёты продолжительностью много часов для певчих птиц и дней для некоторых куликов, чтобы достичь мест гнездования или зимовки. Во время таких полётов скорость метаболизма птицы очень высока и обеспечивается запасённым жиром, а также сжиганием белка в мышцах и органах — процесс, который плохо изучен, говорит эко-физиолог Александр Герсон из Университета Массачусетса в Амхерсте.

Теперь он получил трёхлетний грант Национального научного фонда в размере $756 000 для тщательного изучения последствий и механизмов этого явления, которое иногда приводит к драматическому сокращению мышечной массы и органов у мигрирующих птиц, но может не вызывать значительной потери функции.

Как он объясняет, «Есть свидетельства, что у некоторых птиц наблюдается 20-процентное сокращение мышечной массы и до 50-процентная потеря массы печени, кишечника, почек и других органов, кроме мозга и лёгких. В одном из самых длинных задокументированных перелётов в этом полушарии черношапочная славка во время миграции летит 22 часа над водой, где они абсолютно не могут остановиться. Когда вы бежите такой марафон, у вас либо заканчивается топливо, либо вода, но эти птицы могут производить и то, и другое, метаболизируя свои мышечные и органные ткани».

Он добавляет: «Нас интересует, что происходит во время полёта, откуда берётся энергия и как они поддерживают водный баланс. Вода производится в результате метаболизма, и расщепление белка даёт её больше всего. Но что происходит, когда вы теряете 20% грудных мышц? Теряете ли вы функцию или только размер? Это лишь некоторые из наших вопросов».

Герсон говорит, что в этом исследовании будут использоваться два ультра-специализированных инструмента, недоступных большинству исследователей: портативный полевой аппарат для количественной магнитно-резонансной томографии (QMRI) и аэродинамическая труба, специально разработанная для изучения длительного полёта птиц, одна из всего трёх в мире, расположенная в Advanced Facility for Avian Research в Университете Западного Онтарио в Лондоне (Онтарио).

Серия экспериментов будет изучать содержание жира в организме, тощей массы и воды у одного более крупного вида, дрозда Свейнсона, и одного более мелкого, мирики, как в полевых условиях, так и у диких птиц, летающих в климатически контролируемой аэродинамической трубе. Там исследователи могут манипулировать такими факторами, как влажность и температура, чтобы изучать количество воды, теряемой при дыхании. Это актуально для изменения климата, отмечает Герсон, потому что полёт в более тёплом воздухе означает большую потерю белка и воды.

Его исследовательская группа также изучит скорость потери воды в условиях отсутствия полёта, в состоянии покоя, и будет искать различия между мигрантами и немигрантами. Кроме того, Герсон и коллеги проведут метаболическое фенотипирование и используют транскриптомику для изучения молекулярных механизмов расщепления и регенерации белка совместно с молекулярными биологами из UMass Amherst Кортни Бэббитт и Ларри Шварцем.

Герсон намерен привлечь к исследованиям многих студентов и аспирантов из разных слоёв общества, обучая их ряду передовых методов, применимых во многих областях STEM (наука, технология, инженерия и математика). Они, в свою очередь, разработают и реализуют программы научной коммуникации и просвещения для учащихся средних школ в местном школьном округе с низким доходом, который ещё предстоит определить.

По итогам трёх лет Герсон говорит: «Мы надеемся лучше понять влияние климата на метаболизм полёта и лучше понять функциональные последствия расщепления белка, что может оказаться захватывающим, потому что они сжигают много мышц и, кажется, не проявляют никакой драматической потери функции. Это может пролить совершенно новый свет на вопросы, которые существуют уже довольно давно».