У крові морських слонів виявили на рідкість високий рівень монооксиду вуглецю - імовірно, з його допомогою вони захищають себе від наслідків гіпоксії, неминучої при тривалому перебуванні під водою.
Чадним газом, або монооксидом вуглецю (CO) нас лякають зі школи. Він не має ні смаку, ні кольору, ні запаху, але при цьому досить отруйний - через те, що утворює надзвичайно міцний комплекс з білком гемоглобіном. Як ми всі добре знаємо, гемоглобін переносить кисень з легких до інших тканин і органів, але, якщо з гемоглобіном з'єднався чадний газ, молекула кисню його звідти вже не витіснить. Грубо кажучи, CO позбавляє організм кисню - зв'язуючись з гемоглобіном, чадний газ припиняє газообмін.
Найчастіше чадний газ згадують у зв'язку з пожежами або у зв'язку з пічним опаленням - за певних умов паливо згорає з утворенням великої кількості CO, і людина ризикує сильно отруїтися, а то і зовсім загинути. Те, що у цього газу немає ні смаку, ні запаху, робить його ще більш небезпечним. Однак насправді в малих концентраціях він нешкідливий: у кожного з нас є якась кількість гемоглобіну, пов'язаного з CO, який утворюється як побічний продукт деяких біохімічних процесів. Нормальна кількість зіпсованого чадним газом гемоглобіну у дорослої людини вкрай невелика - всього 1% від загальної кількості гемоглобіну. Однак його частка може сильно виростати у курців (і це ще одна причина відмовитися від шкідливої звички).
Враховуючи, що ми знаємо про CO, важко уявити, що від нього може бути якась біологічна користь. Але ось морським слонам, мабуть, вдалося знайти йому застосування. Майкл Тіфт (Michael Tift) з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго за допомогою колег виміряв рівень CO в крові північних морських слонів - і виявилося, що у цих тварин 10% гемоглобіну знаходяться в комплексі з монооксидом вуглецю. Якщо раптом людині захочеться зрівнятися з морським слоном і зв'язати 10% свого гемоглобіну з СО, йому доведеться викурювати по 40 сигарет на день.
Як повідомляє LceScience зі слів самого Майкла Тіфта, морські слони мають найбільший обсяг крові серед ссавців (зрозуміло, цей обсяг ми співвідносимо з розміром тіла тварини), так що дослідники не сильно здивувалися, виявивши у них в крові і порівняно велику концентрацію СО.
Також зауважимо, що навіть така кількість «вимкненого» гемоглобіну не заважає газообміну біля морських слонів. Власне, і з людиною 10% пов'язаного з СО гемоглобіну нічого страшного не зроблять - щоб відчути перші ознаки отруєння, потрібно, щоб з чадним газом зв'язалися 20% гемоглобіну, смерть же настає при 50% і вище.
У морських слонів підвищена доза чадного газу в крові є у всіх особин, незалежно від статі і віку. Питається, для чого? У статті в Journal of Experimental Biology дослідники висловлюють припущення, що СО потрібен тваринам для захисту клітин від пошкоджень, пов'язаних з перепадом рівня кисню в крові.
Морські слони пірнають на глибину понад 1 500 метрів, часу це займає багато, і у них є ціла система, що дозволяє правильно розпорядитися запасом кисню під час занурення. Пірнаючи, тварини вимикають кровообіг у деяких органах і тканинах, щоб вони не витрачали даремно цінний кисень - можна сказати, що ці органи і тканини переводяться на урізаний кисневий пайок. Але потім, коли морський слон спливає, кровотік скрізь відновлюється, і виникає ризик так званого реперфузійного синдрому.
Це явище давно знають фізіологи і лікарі: якщо тканина деякий час відчуває кисневий голод, а потім подача кисню відновлюється, то в її клітинах трапляються численні пошкодження, часом досить серйозні. Тобто від гіпоксії тканина страждає, але подальший надлишок кисню змушує її страждати ще сильніше. (Причину цього бачать у тому, що раптовий надлишок кисню запускає шкідливі окислювальні реакції, з якими клітини не встигають впоратися.)
На думку авторів дослідження, монооксид вуглецю якраз і допомагає морським слонам уникнути ефекту реперфузії, коли після кисневого голодування в тканині і органи знову приходить кров, багата киснем. Насправді, говорити про абсолютну шкідливість (або, в кращому випадку, непотрібність) чадного газу було б не зовсім правильно - в останні кілька років медики активно вивчають СО якраз на предмет його корисних фізіологічних властивостей.
Виявилося, що в невеликих дозах монооксид вуглецю перешкоджає запаленню і захищає клітини від загибелі; більш того, трансплантологи розраховують з його допомогою захищати пересаджувані органи від пошкоджень. (Як легко здогадатися, органам при пересадці теж загрожує синдром реперфузії.) Так що дослідження, присвячені феномену СО у морських слонів, можуть мати саме що ні на є практичне медичне значення.
Зрозуміло, що тепер вченим треба щільніше зайнятися фізіологією морських слонів, щоб підтвердити свою гіпотезу про захисний характер СО, а заодно і порівняти за змістом монооксиду вуглецю у тварин-пірнальників з родинними їм видами. Якщо ми, наприклад, порівняємо пінгвінів з іншими птахами, то чи не виявимо ми між ними сильної різниці в змісті СО, пов'язаній з особливостями пінгвінього способу життя?
Інше питання: як морським слонам вдається накопичувати таку порівняно велику кількість СО? Не в палінні ж їх підозрювати.
До речі - морські слони далеко не вперше допомагають вченим зрозуміти, які захисні фізіологічні механізми можуть працювати у тварин, яким доводиться довго перебувати під водою. Два роки тому дослідники з Інституту океанології Скриппса опублікували роботу, в якій розповідали, чому морські слони не страждають від морської хвороби.
Як виявилося, вони приберігають частину запасеного повітря в трахеях і верхніх бронхіолах, які не можуть здійснювати газообмін - кисень звідси в кров не потрапляє, але не потрапляє в неї і небезпечний азот, який на великій глибині зазвичай проникає в кров і при перепаді тиску викликає кесонну хворобу. Цей запас повітря тварини витрачають на підйомі, коли вони ще знаходяться під водою, але вже пішли з великої глибини, де кров могла «заразитися» азотом. Як бачимо, еволюція зробила морських слонів справжніми експертами з питань фізіології газообміну.