Как крошечная землеройка достигает частоты сердцебиения в 1020 ударов в минуту
Покоящееся сердце землеройки может совершать до 17 ударов в секунду, что эквивалентно примерно 1020 ударам в минуту. Для сравнения, средняя частота сердцебиения человека в покое составляет около 60–100 ударов в минуту, то есть у землеройки она выше примерно в 10–17 раз.
Международная исследовательская группа под руководством Уильяма Джойса (Университет Орхуса) и профессора Кевина Кэмпбелла (Университет Манитобы) выяснила, как эволюционные изменения в сердечном белке кардиальном тропонине I позволили землеройкам достичь такой необычно высокой частоты.
«Мы обнаружили, что у землероек и близкородственных кротов отсутствует критическая часть сердечного белка, регулирующая время расслабления сердца. Эта эволюционная потеря навсегда снимает "тормоза" с расслабления сердца, позволяя ему биться гораздо быстрее», — объясняет Уильям Джойс.
Утраченный участок ДНК
Белок играет жизненно важную роль в способности сердца связывать ионы кальция во время сокращения.
У других млекопитающих этот белок содержит две специфические аминокислоты серина, которые временно модифицируются при стимуляции сердца гормонами, например, адреналином. Эта модификация помогает мышечным волокнам сердца быстрее высвобождать ионы кальция после сокращения, что ускоряет расслабление и даёт сердцу больше времени для наполнения кровью между ударами.
Однако у землероек произошло эволюционное изменение.
«У раннего предка землероек участок ДНК, кодирующий два серина, стал неактивным. Это означает, что белок всегда функционирует так, как будто он активирован адреналином, даже когда животное находится в покое, что и позволяет землеройкам достигать экстремальной частоты сердцебиения», — поясняет Кевин Кэмпбелл.
Летучие мыши указывают эволюционный путь
Исследователи также изучили сердечный белок у летучих мышей, которые, как и землеройки, могут достигать частоты сердцебиения более 1000 ударов в минуту.
«Наш анализ показывает, что некоторые виды летучих мышей могут "пропускать" часть гена, кодирующую две аминокислоты серина, при формировании белка. Вероятно, древние землеройки и кроты обладали такой же способностью, и эволюция постепенно способствовала полной утрате этого региона их белками тропонина I. Это позволило им развить ещё более высокую частоту сердцебиения», — объясняет Кэмпбелл.
Следующая цель команды — исследовать, как эти открытия можно применить в биомедицине. «Это означает воспроизведение сплайсинга тропонина I, как у летучих мышей, в модельных организмах и, потенциально, в конечном итоге — в человеческом сердце, чтобы имитировать полезные эффекты», — говорит Джойс.
Исследование опубликовано в журнале Science.