Как тунец сохраняет тепло с холодным сердцем

Ученые из Манчестерского университета совместно с коллегами из Стэнфордского университета (США) выяснили, как ценный голубой тунец поддерживает работу сердца при перепадах температуры, которые остановили бы человеческое сердце. Это исследование помогает ответить на важные вопросы о реакции животных на быстрые температурные изменения — знание, которое становится всё более необходимым по мере потепления климата.

Тихоокеанский голубой тунец — главный хищник, известный своими эпическими миграциями через Тихий океан. Он уникален среди костистых рыб, так как является теплокровным (эндотермным) и способен повышать температуру своего тела до 20°C выше температуры окружающей воды. Он также способен нырять на глубину более 1000 м в гораздо более холодную воду, что влияет на температуру его сердца.

Стресс для холодного сердца

Доктор Холли Шилс объясняет: «Когда тунец ныряет на холодные глубины, температура его тела остается высокой, но температура сердца может упасть на 15°C за считанные минуты. Сердце охлаждается, потому что получает кровь напрямую из жабр, температура которых соответствует температуре воды. Это явно создает стресс для сердца, но оно продолжает биться, несмотря на перепад температуры. У большинства других животных сердце бы остановилось».

Несоответствие между потребностью в кислороде теплых плавательных мышц тунца и сердечно-сосудистой системой, работающей при температуре воды, — это загадка, которую команда давно пыталась решить.

Исследование в природе и лаборатории

Команда использовала электронные метки для наблюдения за тунцом в дикой природе. Данные показали, что рыбы очень широкого диапазона температурной толерантности. Затем исследователи использовали эти полевые данные для настройки экспериментальных условий в лаборатории, изучая, как бьются отдельные клетки сердца тунца. Результаты опубликованы в Proceedings of the Royal Society B.

Ключевой механизм: кальций и адреналин

Доктор Шилс объясняет их открытие: «Мы обнаружили, что изменения сердечного ритма из-за температуры в сочетании со стимуляцией выброса адреналина при нырянии регулируют электрическую активность клеток сердца. Это поддерживает постоянный цикл кальция, необходимый для продолжения работы сердца. Если бы мы пережили такой перепад температуры, наш цикл кальция был бы нарушен, наши сердца остановились бы, и мы бы умерли».

Это открытие может объяснить странное поведение, зафиксированное у меченых тунцов: «ныряние с отскоком», когда рыба быстро погружается в холодные глубины и так же быстро возвращается в теплые поверхностные воды. Работа сердца замедляется при охлаждении и ускоряется при всплытии. Полученные данные свидетельствуют, что адреналин, активируемый стрессом от погружения, играет ключевую роль в поддержании способности сердца снабжать организм кислородом.

Следующие шаги

Следующим шагом для команды будет проверка других видов рыб, чтобы выяснить, уникален ли этот метод поддержания работы сердца при низких температурах для голубого тунца. Также исследуется работа сердца тунца при максимально высоких температурах, так как именно здесь могут быть его пределы. На сегодняшний день исследования доводили сердце тунца до 28°C.

Это исследование помогает понять, как животные функционируют при резких изменениях окружающей среды, и дает четкое представление о том, как один вид поддерживает работу сердца при различных температурах. Это требует дальнейшего изучения в свете зафиксированных изменений температуры на Земле.