Якщо ви захочете пограти в біологічні шаради, найлегший спосіб виграти — обрати голого землекопа. Це настільки унікальна тварина, що ледь не кожна її риса дозволить вгадати її за лічені секунди. Голі землекопи — майже холоднокровні гризуни, які можуть довго виживати без кисню, їхній сімейний уклад ближчий до бджіл, ніж до інших ссавців, а тривалість життя в 10 разів вища, ніж у гризунів такого самого розміру. З’ясуймо, в чому секрет цих чарівних чудовиськ.
Голі факти
Якщо ви раптом читаєте цю статтю ввечері й вас зацікавило, чому все-таки чудовиська, не раджу гуглити картинки. Чутливим людям таке може й наснитись. Голі землекопи — це не ті тваринки, яких хотілося б тримати вдома й обіймати після важкого робочого дня. Та попри непривабливу за людськими мірками зовнішність, ці крихітки викликають щирий захват науковців по всьому світу, а в 2013 році вони навіть завоювали звання «Хребетного року», а це крутіше, ніж «Міс Всесвіт»1!
Голий землекоп (Heterocephalus glaber) — невеликий гризун розміром 8–10 см і масою 25–50 грамів. У них маленькі очі, слабкий зір та слух, короткі лапки, й неозброєним оком може здатись, що ці тварини геть безпомічні. Проте вони ідеально пристосовані до свого ареалу. Гострий зір не надто корисний, коли живеш в абсолютній темряві, а короткі лапки з розвиненою мускулатурою дозволяють добре рухатися вперед і назад вузькими норами. Особливої уваги заслуговує їхній ротовий апарат. Гострі передні зуби, як і в інших гризунів, ростуть протягом усього життя і самозагострюються. Але цікаво, що їхні губи змикаються за зубами, тобто пара передніх зубів розташована ззовні, а губи вже йдуть за ними. Це дозволяє голим землекопам рити нори без потрапляння землі в рот. Крім того, м’язи ротового апарату сягають за об’ємом 25% від всієї мускулатури тіла! Для порівняння, це наче ноги для людей.
Свою назву голий землекоп отримав через відсутність на тілі шерсті, проте це не зовсім так. Тіло тварини рівномірно покрите ледь помітними тактильними волосинками, а на лапках є жорсткі ворсинки для збільшення площі стопи, щоб було зручніше копати. Це підземні тварини, які все життя проводять у норах в посушливих та напівпосушливих регіонах Африки: на території Кенії, Ефіопії та Сомалі. Залежно від розміру колонії їхні нори можуть сягати 1,6 кілометра в довжину і досягати глибини до 2 метрів. Тунелі, які розташовані ближче до поверхні, тварини використовують для викидання землі при розширенні своїх володінь та для збору бульб рослин, якими харчуються. Глибші тунелі ведуть до житлових, туалетних та складових камер. Крім того, є окремі «глухі» тунелі, що перетинаються з поверхневими для вентиляції та відведення дощової води2.
Матріархат та протизаплідні фекалії
Що спільного у бджіл і голих землекопів? Матріархат! Звучить дуже незвично, але сімейний уклад життя цих двох таких різних видів справді схожий. Голі землекопи — соціальні тварини. Вони живуть групами по 75-80 особин, разом розширюють володіння, доглядають за норами та потомством. Розмножується лише одна самка і кілька самців. Дуже рідко дослідникам вдавалось знаходити колонії з двома королевами, й це скоріше виняток з правила3.
Життя королеви не те таке вже й королівське. Звісно, вона має привілеї: може обідати першою, обирати самців для спарювання, агресивно реагувати на робочих, коли їй щось не до вподоби. Але її життя сповнене небезпек: її може атакувати під час вагітності чи пологів інша амбітна самка, яка хоче зайняти своє місце під сонцем.
Щоб запобігти цьому, чинна королева вимушена поводитися дуже агресивно з іншими самками в колонії. Агресивна поведінка королеви спричиняє стрес інших самок і цим пригнічує їхню репродуктивну функцію4. Є імовірність, що роль відіграють і фекальні феромони, адже фекалії королеви містять велику кількість естрогенів, а оскільки голі землекопи споживають фекалії одне одного, то це може бути наче приймання протизаплідних таблеток3.
Решта тварин у колонії — робітники, які не розмножуються. Вони залежно від віку та фізичних можливостей виконують різну корисну роботу: молоді доглядають за малюками та дістають поживу, а досвідченіші й більші за розмірами захищають гніздо від нападу змій. Більшість голих землекопів проживають своє спокійне життя, ніколи не покидаючи колонії, проте це може стати серйозною проблемою для виживання. Чим загрожує колонії така інтровертність?
Інбридинг, та втеча з Шоушенка
Якщо колонія тварин живе ізольовано від інших представників свого виду, і в ній розмножується лише одна самка, рано чи пізно настає момент, коли всі жителі групи можуть виявитися близькими родичами. Схрещування близькоспоріднених організмів називається інбридингом, і про його негативні прояви згадувати буде зайвим. Так от, деякі південні популяції голих землекопів — це такі собі підземні Габсбурґи, й інбридинг — досить поширене явище для цього виду. Проте вони знайшли спосіб з цим боротись.
Іноді в колонії народжується «граф Монте-Крісто», який значно відрізняється поведінкою та зовнішністю від своїх родичів. Такий самець більший за розміром, товстий та лінивий. Його не надто хвилює суспільне життя в колонії. І хоча його репродуктивна система не пригнічена і рівень гормонів високий, у спарюванні з королевою своєї колонії він не зацікавлений. Диспергатор (так дослідники назвали цих самців) прагне за будь-яку ціну втекти з рідної колонії, й у нього є достатній запас жиру, щоб пережити небезпечну, але найважливішу подорож у своєму житті. Якщо диспергатор дістанеться живим до іншої колонії, далі він приречений на успіх. Королева чужої колонії завжди віддає перевагу менш спорідненим самцям5,6.
Операція «терморегуляція»
«Соціальне життя і диспергатори — це, звісно, добре, але де ж ці всі унікальні дива голих землекопів?» — спитаєте ви. На своє виправдання скажу, що дивергенти з попереднього розділу мене дуже захопили, і я ні про що не шкодую. А чарівні дива починаються тут, з терморегуляції.
Переважна більшість ссавців та птахів можуть підтримувати сталу температуру тіла, і це дозволяє називати їх гомойотермними. Люди гомойотермні, нам потрібні наші 36,6, щоб правильно працювали ферментативні реакції в організмі і білки не втрачали свою структуру. Ми довго можемо рухатися без перегріву, не завмираємо від переохолодження і достатньо незалежні від зовнішніх умов. Проте такі переваги вимагають колосальних витрат енергії, й організм стає заручником постійної потреби шукати поживу. Антонім до гомойотермії — пойкілотермія: у таких організмів температура тіла не повинна бути завжди сталою для нормальної життєдіяльності. До пойкілотермних організмів належать риби, амфібії, рептилії та… голі землекопи3. Це звучить дивовижно, але за способом терморегуляції вони значно ближчі до холоднокровних організмів. Чому?
Температура та вологість в норах голих землекопів дуже стабільні, оскільки вентиляція там не надто хороша. Майже цілий рік там 28–32 °C (залежно від глибини тунелю), а вологість завжди висока: близько 90%. А це означає що гомойотермія там — це зайва розкіш, яка не виправдовує себе, тому землекопи в процесі еволюції частково втратили здатність до гомойотермії. Середня температура тіла голих землекопів — близько 32 °C, і вони можуть її підтримувати за зовнішньої температури 31–34 °C. Переважно вони регулюють температуру тіла шляхом поведінкових реакцій: опускаючись в глибші прохолодні нори, гріючись в неглибоких теплих тунелях або збираючись у групи. А якщо надто холодно, можуть впадати в стан, схожий до заціпеніння, і ставати малорухливими, як ящірки. Тоді їхня температура тіла падає разом з температурою оточення. Проте за потреби вони можуть використовувати переваги теплокровних тварин і перетворювати бурий жир на тепло у метаболічних реакціях. Тому голі землекопи разом з лінивцями вважаються унікальними пойкілотермними ссавцями, які можуть використовувати метаболічні реакції для підтримання температури7,8.
Дихай — не дихай, метаболізуй — не метаболізуй
Підземний спосіб життя вимагає від голих землекопів адаптації до обмеженого доступу до повітря. І ці крихітки чудово впоралися з таким складним завданням. У них надзвичайно низька швидкість дихання, і вони здатні виживати цілих 18 хвилин без кисню, тоді як для людини лише 5–7 хвилин можуть стати смертельними9.
Їхня система дихання пристосована до низького рівня кисню, характерного для підземного середовища. Голі землекопи мають великі легені, які дозволяють ефективно збирати кисень з обмеженої кількості доступного повітря. Крім того, їхня шкіра є тонкою і проникною для кисню, що теж може бути корисним. Гемоглобін цих гризунів теж особливий. Він має значно більшу спорідненість до кисню, ніж в організмів, що живуть на поверхні. Це означає, що він набагато ефективніше зв’язує кисень з повітря3,8.
Проблема гіпоксії тісно пов’язана з проблемами іншого, не менш важливого процесу — метаболізму. Основне завдання обміну поживних речовин — отримати енергію. Більшість тварин отримують енергію в процесі аеробного метаболізму глюкози. Це означає, що для отримання АТФ (палива, на якому працюють всі клітини), крім глюкози, потрібен і кисень. Гіпоксія небезпечна тим, що клітини втрачають можливість виробляти АТФ у достатній кількості, що може призводити до загибелі клітин. Як з цим справляються голі землекопи?
Вони мають низьку швидкість обміну речовин (благо, не потрібно витрачати енергію для терморегуляції). Швидкість метаболізму знижується зі зменшенням концентрації кисню і повертається до норми, коли кисень стає доступним. Крім того, за нестачі кисню вони переходять на анаеробний метаболізм, який не потребує кисню для утворення АТФ, використовуючи замість глюкози фруктозу. [9] Такий спосіб отримання енергії не ідеальний: він викликає накопичення в тканинах побічних продуктів, таких як лактат та протони, які викликають закислення тканин. Це відкриває ще одну дивовижну властивість голих землекопів — нечутливість до певних видів болю.
Вечірка в басейні з кислотою
Звісно, повна нечутливість голих землекопів до болю — це міф.
Ноцицептори — сенсорні нейрони, які активізуються шкідливими подразниками й викликають неприємні відчуття. Саме тут народжується біль, і він необхідний для виживання, адже змушує уникати джерела таких неприємних відчуттів. Проте це мало б означати, що висока закисленість тканин та крові лактатом і вуглекислим газом повинні викликати у голих землекопів постійний і сильний хронічний біль8. Та ці маленькі генії й тут знайшли дивовижне рішення.
Голі землекопи відчувають біль від різних механічних подразників, від гарячих та холодних предметів, але навчились селективно «вимикати» біль від таких хімічних речовин, як кислота. Як це можливо? Ноцицептори передають сигнал про неприємні відчуття через нейромедіатори (сигнальні молекули, які передають збудження з одного нейрона на інший). І вирішення проблеми хронічного болю виявилось простим та геніальним: голі землекопи просто перестали синтезувати такі нейромедіатори — SP та CGRP. Це питання ще вивчають, і, можливо, є ще ще якісь додаткові механізми, які роблять голих землекопів єдиними хребетними тваринами, нечутливими до кислоти10.
Секрети вічної молодості
Ігнорування кислоти, анаеробний метаболізм, аномально низька частота дихання, пойкілотермність, бджолиний сімейний уклад, диспергатори — все це робить голого землекопа настільки фантастичним створінням, що його вже можна ставити в один ряд з чупакабрами, драконами та русалками. Але в них є ще одна суперздібність — довголіття та вічна молодість.
Звучить, ніби клікбейт сумнівного сайту, але це справді так: середня тривалість життя голого землекопа в лабораторних умовах — близько 30 років, що в дев’ять разів більше, ніж у лабораторних мишей аналогічного розміру. Ці маленькі тваринки також мають надзвичайно хороше здоров’я протягом життя, а їхні фізичні та розумові здібності зберігаються протягом 85% часу від максимальної тривалості життя. Для порівняння, за таких обставин у людей із середньою тривалістю життя 70 років перші ознаки старіння з’являлися б у 602. У цих гризунів ризик смертності не зростає з настанням старості, що суперечить законам смертності Гомперца, який стверджує, що з віком ризик смерті зростає в геометричній прогресії. Крім того, у самок, що розмножуються, немає менопаузи, і вони здатні народжувати до самої смерті11.
Учені досі намагаються розгадати таємницю довголіття та молодості цих Калленів підземного світу, і висунули кілька можливих причин: сповільнений у несприятливих умовах метаболізм, що знижує ризик оксидативних пошкоджень клітин; надзвичайно високий рівень відновлення пошкоджених ділянок ДНК15; висока стабільність білків їхнього організму16. Розгадка таємниці голих землекопів може стати новим кроком у розв’язанні проблеми старіння.
Ще одна причина захвату, який викликають голі землекопи у науковців — перемога над онкологічними захворюваннями: на дві тисячі голих землекопів на волі не було виявлено жодного випадку канцерогенезу. Задля справедливості, у неволі такі випадки трапляються, але надзвичайно рідко і їх пов’язують з високим вмістом атмосферного кисню, який для цих тварин може бути стресовим фактором12. Та більшість тварин все-таки ніколи не стикаються з цим небезпечним захворюванням. Чому? Все та ж висока стабільність білків, їх правильне формування та упакування13 та особливі гени p16 і p27, які запобігають неконтрольованому поділу клітин — усе це дає ефект невразливості для клітин голих землекопів13,14. Дискусії щодо механізму перемоги над раком все ще проводять.
Ми не знаємо, скільки ще таємниць приховують глибоко під землею ці чарівні чудовиська, але впевнена, що вони можуть стати ціннішими, ніж все золото Ельдорадо і всі піратські скарби.
