Сердце – один из главных органов, чья работа определяет выживание и уровень активности животных. В особенности это касается холоднокровных (пойкилотермных) организмов, обитающих на высоких широтах и сталкивающихся со значительными перепадами температуры окружающей среды.
Поскольку сердечная функция в значительной степени зависит от температуры, для выживания в зимний период холоднокровным животным, в том числе рыбам, требуется в значительной степени модифицировать работу своего сердца – и, соответственно, его электрическую активность. Снижение температуры влечет за собой замедление работы ионных каналов и увеличение длительности потенциала действия, что чревато нарушениями сокращений сердца и риском возникновения аритмий. В противовес этому животные при адаптации к низким температурам изменяют уровень экспрессии ионных каналов сердца, определяющих его электрическую активность. Большинство исследований в этой области было выполнено в лабораторных условиях с использованием протоколов искусственной адаптации к низким температурам, однако последние работы позволяют предположить, что сезонная акклиматизация в естественных условиях вызывает более выраженные физиологические изменения, хотя прямое сравнение ранее не проводилось.
В 2017-2018 годах на Беломорской биологической станции МГУ им. Н.А. Перцова была проведена масштабная работа по сравнению влияния искусственной акклимации к низким температурам и сезонной акклиматизации на электрическую активность сердца рыб на примере европейского керчака (Myoxocephalus scorpio). Часть рыб была поймана в течение лета и разделена на две группы: адаптированные к к летним температурам Белого моря (12оС) и адаптированные к зимним температурам (3оС). Часть животных выловили в марте, после прохождения сезонной акклиматизации. Из сердец пойманных керчаков путем ферментативной обработки выделяли отдельные клетки (кардиомиоциты), после чего методом пэтч-кламп регистрировали в изолированных кардиомиоцитах потенциалы действия и основные ионные токи. Параметры электрической активности в отдельных группах сравнивали при общей температуре 7,5оС.
В обеих «холодных» группах наблюдалось компенсационное укорочение потенциалов действия, связанное с увеличением амплитуды реполяризующих калиевых токов (IKr, IK1). Однако, описанные изменения в «зимней» группе керчаков были гораздо сильнее, тогда как разница между летними животными, адаптированными к летним и зимним температурам, была зачастую несущественной. Адаптация к низким температурам вызывала также снижение амплитуды быстрого натриевого тока, определяющего возбудимость миокарда, однако, как и в первом случае, сезонная акклиматизация сопровождалась более выраженными изменениями. Кроме того, в отличие от искусственной адаптации к низким температурам, сезонная акклиматизация вела к выраженному увеличению амплитуды кальциевого тока, ответственного за сократимость миокарда. Таким образом, прямое сравнение демонстрирует существенную разницу между влиянием акклимации в лабораторных условиях и сезонной акклиматизации на физиологию холоднокровных организмов. Возможно, причиной обнаруженных различий является воздействие других абиотических факторов – таких, как освещенность и доступность кислорода, или же влияние годовых циклов в жизни животных – так, например, известно, что европейские керчаки нерестятся в зимний период.
Для определения «недостающего» в искусственной акклимации фактора требуются дальнейшие, более подробные исследования. Однако, уже сейчас можно сказать, что акклиматизационный потенциал пойкилотермных животных, вероятно, шире, нежели демонстрируют нам исследования в лабораторных условиях. Это особенно важно ввиду надвигающейся проблемы глобального потепления.
Результаты данного исследования были опубликованы в Journal of Experimental Biology (Filatova, Abramochkin, Shiels, 2019).
Руководитель проекта, доктор биологических наук Д.В Абрамочкин
В журнале «Journal of Experimental Biology», где была опубликована эта статья, исследованию Д.В. Абрамочкина и Т. Филатовой посвящена колонка редактора, озаглавленная так:
Fake winter doesn’t modify sculpin hearts as much as the real thing (Фейковая зима влияет на сердце бычка не так, как настоящая).
Journal of Experimental Biology (2019) 222, jeb210609. doi:10.1242/jeb.210609
Колонка начинается так:
У всех холоднокровных существ, чья температура тела зависит от температуры окружающей среды, которое зависит от температуры его тела, есть температурная точка комфорта. Когда снаружи жарче, обмен веществ происходит слишком быстро, если холодно — все реакции у животных замедляются. Обитатели суши могут позволить себе роскошь найти тень или погреться на солнце, чтобы поддерживать температуру тела в гармонии, но не рыбам. ИМ трудно найти теплое или холодное место, и это обстоятельство может сильно влиять на их сердца. «Острое охлаждение вызывает снижение сердечного ритма и сердечного выброса», — говорит Татьяна Филатова из МГУ им. М.В. Ломоносова, Россия. До сих пор большинство работ, где изучали влияние зимних температур на сердца рыб, проводились в неволе, на животных, которых охлаждали всего несколько недель. Ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова — Татьяна Филатова и Денис Абрамочкин, вместе с Холли Шилс из Манчестерского университета (Великобритания), решили сравнить реакцию на холод у сердецах зимних рыб из природы с и из лаборатории, где им создавали искусственную зиму…
Полностью ее можно прочитать, скачав файл здесь:
jeb210609.full (1).pdf
312.93 KB
