Согласно исследованиям Университета Калифорнии в Санта-Круз во главе с Терри Виллиамсом профессором экологии и эволюционной биологии у некоторых животных, включая дельфинов, китов и морских выдр, в крови повышенный уровень содержания белков-протеинов, благодаря которым осуществляется поставка кислорода к мозгу. Исследователи измерили и сравнили количество этих кислородонесущих белков-протеинов, называемых глобинами, в коре головного мозга у 16 различных представителей млекопитающих. Результаты дают представление о том, что у некоторых разновидностей развилась способность защиты головного мозга в условиях пониженного содержания кислорода в организме, называемого так же гипоксией.
«Замечательно, что мы обнаружили разный уровень содержания глобинов», - говорит профессор Виллиамс. «Некоторые животные имели от трех до десяти раз больше по количеству содержания глобинов нейропротективного типа, чем другие. Данные разновидности, относящиеся к млекопитающим, имеют защитные природные механизмы организма от кислородного голодания мозга».
Согласно исследованиям профессора Виллиамса, открытие могло бы иметь большое значение для понимания возникновения приступов болезней и механизма старения у людей. Еще не ясно, рождаются ли животные данной разновидности с высоким количеством глобинов, или увеличение количества глобинов стимулируется окружающей средой. Но в любом случае, результаты исследований являются актуальными. Потому как, если увеличить уровень глобина в организме людей, то можно потенциально минимизировать кислородное голодание мозга, а значит и предотвратить его повреждение, во время болезни или старения.
«Как мы выяснили в сравнительных исследованиях животных, мозг млекопитающих имеет замечательный природный механизм для увеличения глобинов нейропротективного типа», - объясняет профессор Виллиамс. «Мы могли бы использовать данное открытие применительно к человеческому организму. Возможно, это помогло бы приспособить человеческий мозг для повышения жизненной способности организма у людей. Пока конкретного ответа мы получить не можем, но нас манит перспективный аспект настоящего исследования».
Результаты исследований, которые можно посмотреть в онлайн режиме, были представлены на слушаниях королевского научного сообщества Великобритани. Профессор Виллиамс – ведущий автор статьи под названием: «Влияние бега, плавания и прыжков в воду на изменение уровня глобинов нейропротективного типа в мозге млекопитающих».
Ученых долго мучил один и тот же вопрос: почему организм морских млекопитающих настолько устойчив к гипоксии? Одна из гипотез заключалась в том, что организм животных развивал физиологическую адаптацию, которая способствовала увеличению поставки кислорода к мозгу – например, более высокую капиллярную плотность и кровяное давление. Но согласно недавним исследованиям группой профессора Виллиамса, несмотря на такую адаптацию, уровень кислорода в крови резко падает после нескольких минут под водой. То, как у морских млекопитающих сохранялись жизненно важные органы при таких низких уровнях кислорода в крови, оставалось тайной.
Но совсем недавно в 2000 году были открыты новые типы глобинов, и все внимание в своих исследованиях профессор Виллиамс устремила к ним. Названные нейроглобинами и цитоглобинами, эти типы глобинов, отличаются от гемоглобина железосодержащим комплексом белка, который несет кислород в крови и всюду циркулирует по телу. И другой тип глобинов - миоглобин, по молекулярной структуре родственный с вышеназванными типами глобинов, обеспечивает поставку кислорода только к мышечными тканям.
Пока ученые все еще исследуют физико-химические свойства этих типов глобинов. Но, исходя из предположений профессора Виллиамса, цитоглобин играет основную роль в эффективной поставке кислорода из крови в мозг. Однако, с другой стороны, предполагается, что нейроглобины мозга захватывают свободный кислород и предотвращают формирование разрушительных свободных радикалов. Эти две особенности нейроглобинов могут помочь поддерживать функционирование мозга на жизненном уровне во время гипоксии.
Чтобы проверить данную гипотезу, Виллиамс собрала под своим началом группу из команды ученых, которая включала в себя молекулярных биологов, биохимиков, и ветеринаров дикой природы. Исследователи ставили целью узнать, какое соотношение имеют виды глобинов и их количество при определенной жизнедеятельности различных млекопитающих дикой природы. Группа ученых исследовала образцы мозговой ткани от 41 типа земных и от 23 типов морских млекопитающих, представляющих 15 диких разновидностей и одну, полученную в лабораторных условиях.
По каждому образцу ученые измерили содержание гемоглобина и соотношение (нейроглобины)/(нейроглобины и цитоглобины) в коре головного мозга. В лаборатории Дэвида Клайджера, профессора химии и биохимии при Университете Калифорнии в Санта-Круз, исследователи при помощи спектрофотометрии индетифицировали и определили количество мелких глобинов мозга, которые присутствовали во время смерти животного.
Ученые обнаружили поразительное различие в уровнях глобина в зависимости от того, принадлежало ли животное к земной или морской разновидности. По сравнению с земными млекопитающими морские – имели более высокий уровень гемоглобина, а их мозговые ткани имели более темный цвет из-за большого содержания железа.
Но данные исследования принесли так же и непредсказуемые результаты: дельфины, морские львы и морские выдры имели более высокий уровень соотношения нейроглобинов, чем у китов. Затем исследовался мозг рыжей рыси. В отличие от родственных с собакой, лисиц и американских волков, рыжая рысь имеет удивительно высокие показатели соотношений глобинов мозга.
«Возможно, это объясняется не только задержкой дыхания, которая стимулирует появление этих глобинов, но и активным уровнем жизнедеятельности, например, бегом на длинные дистанции», - говорит Виллиамс.
«Данное исследование полностью не разрешило всех вопросов, но это первый шаг», - говорит Мэри Заванелли, лектор молекулярной, клеточной и эволюционной биологии при Университете Калифорнии в Санта-Круз. Заванелли разработала лабораторные методы исследования для измерения количества и видов глобинов в мозговой ткани, в основу которых лег генный анализ. Таким образом, она подтвердила различие разновидностей.
«На все вопросы не возможно получить ответы быстро, потому что это область комплексной биологии», - говорит Заванелли. «Но методы, которые использовались в исследовании, позволяют напрямую решать поставленные задачи, таким образом, это лишь вопрос времени. Большая проблема состоит в том, чтобы получить достаточное количество мозговой ткани в хорошем состоянии, особенно от найденных диких животных».
Поскольку данная научно-исследовательская работа продолжается, то она позволяет расширить эту область исследования и поставить еще один закономерный вопрос: как соотносятся уровни мозговых глобинов с продолжительностью жизни у определенных разновидностей? «Как известно, некоторые виды китов могут жить целых 211 лет», - отмечает Виллиамс. Данный факт заставляет удивляться, какими природными механизмами защищен мозг китов и страдают ли киты от болезней.
«Возможно, в этих животных природа разрешила проблему старения мозга», - говорит Виллиамс. «Нейроглобины могли бы дать нам некоторые предпосылки для понимания относительно того, как это реализовано».
