Почему каланы не замерзают в ледяной воде

«Утечка» протонов из митохондрий в мышечных клетках морских выдр позволяет им поддерживать нормальную температуру в холодном море.

Знаменитый своей густотой мех морских выдр — каланов — существует неспроста. Эти животные — самые миниатюрные из всех морских млекопитающих, не больше крупной собаки. Находясь в холодной воде, трудно сохранять нормальную температуру в таком компактном теле, и каланы находят для этого массу приспособлений. Одно из них обнаружили лишь недавно. Оказалось, митохондрии их скелетной мускулатуры постоянно «протекают», выделяя дополнительное тепло. Об этом рассказывается в новой статье, опубликованной в журнале Science.

Биологам давно было известно, что источником дополнительного тепла каланам служит ускоренный метаболизм. Чтобы сохранять температуру на уровне примерно 37 °C, эти животные вынуждены ежедневно поглощать пищу в количестве, доходящем до 30 процентов их собственного веса. Трэвелу Райту (Traver Wright) и его коллегам из Техасского университета A&M удалось понять, как именно это количество переходит «в качество», согревая животное.

В поисках источника внутреннего тепла в организме калана авторы обратились прежде всего к их мускулам: у большинства млекопитающих на них приходится 40-50 процентов массы тела, и они выделяют большую часть тепла. И действительно, проведя анализ образцов мышечной ткани, полученных у каланов разного возраста и режима содержания, ученые обнаружили, что их митохондрии постоянно «протекают», помогая нагреванию всего тела.

Митохондрии обеспечивают клетки энергией в виде молекул АТФ. Эти органеллы окружены двойной мембраной и работают, перекачивая протоны через внутренний слой. Специальные ферменты используют созданный при этом градиент для синтеза АТФ. Но если в норме мембрана для протонов практически непроницаема, у каланов они сравнительно легко «утекают» обратно без участия этих ферментов. Поток ведет к потерям энергии — и, как следствие, к выделению дополнительного тепла.

Подобный механизм известен и у других млекопитающих, однако у каланов он работает на совершенно ином уровне. Около 40 процентов всего кислорода, который потребляют клетки их скелетной мускулатуры, идет на этот «продуманный сбой» в работе митохондрий. Ученые также предполагают, что организм калана способен регулировать утечки протонов в зависимости от текущих потребностей. Вместе с густым мехом и другими приспособлениями это позволяет животным чувствовать себя комфортно, когда они плавают в арктических водах с температурой вплоть до 0 °C.