Новое исследование раскрывает метаболическую адаптацию к высокогорью

Организм млекопитающих может использовать физические изменения, такие как интенсивная дрожь, для согревания на холоде. Однако этот «дрожательный термогенез», как и любая аэробная нагрузка, особенно сложен в условиях высокогорья из-за низкого содержания кислорода в разреженном воздухе. Как же высокогорные млекопитающие поддерживают постоянную температуру тела в холодных альпийских условиях с гипоксией?

В новой публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences от лаборатории эволюционного биолога Джея Шторца из Университета Небраски-Линкольна ведущий автор Захари Шеврон сообщает об открытии, объясняющем, как высокогорные оленьи мыши (Peromyscus maniculatus) эволюционировали, чтобы справляться с комбинированными вызовами холода и гипоксии.

Исследование показывает, как эволюционные изменения в экспрессии генов (скорости транскрипции) модулируют аспекты энергетического метаболизма.

Шеврон проанализировал паттерны экспрессии более 15 000 генов в скелетных мышцах оленьих мышей из высокогорных и низкогорных популяций.

• Высокогорные мыши были собраны на вершине горы Эванс в Колорадо (4350 м над уровнем моря).
• Низкогорные мыши — из прерии Найн-Майл близ Линкольна.

После шестинедельной акклиматизации на малой высоте термогенные способности мышей тестировали в условиях смоделированной гипоксии, аналогичной атмосфере на вершине горы Эванс. Эксперименты показали, что высокогорные мыши обладают значительно более высокой термогенной способностью в условиях нехватки кислорода по сравнению с низкогорными.

Неожиданным открытием стало то, что у высокогорных мышей эволюционировал изменённый энергетический метаболизм, в котором основным «топливом» служат жирные кислоты, в то время как низкогорные мыши полагаются в основном на углеводы.

Эта стратегия «бросить жир в огонь» у высокогорных мышей отличается от документально подтверждённой у людей (тибетцев и андцев) на большой высоте и противоречит общепринятым представлениям об оптимальных метаболических стратегиях в условиях гипоксии.

«Жиры требуют много кислорода для сжигания, но они также имеют более высокий энергетический выход на единицу потребляемого топлива. Таким образом, оптимальная метаболическая стратегия может быть разной для животных с различными терморегуляторными потребностями», — пояснил Захари Шеврон.

Исследование демонстрирует, как методы функциональной геномики могут пролить свет на механизмы эволюционных изменений в природных популяциях.