Животным бывает сложно жить на морозе. По мере того как тело замерзает, работа органов, включая мозг и мышцы, замедляется.

Температура тела таких животных, как рептилии и земноводные, в основном зависит от температуры окружающей их среды, но млекопитающие могут ускорить метаболизм, тратя больше энергии на обогрев своего тела. Это позволяет им жить в более холодных районах и оставаться активными при понижении температуры ночью или в зимние месяцы.

Хотя ученые знают, что млекопитающие могут увеличить свой метаболизм на холоде, неясно, какие органы или ткани используют эту дополнительную энергию для выработки большего количества тепла. Сохранять тепло особенно сложно для мелких водных млекопитающих, таких как каланы, поэтому мы хотели узнать, как они приспособились к холоду.

Мы собрали исследовательскую группу, обладающую опытом в области метаболизма человека и морских млекопитающих, в том числе Хайди Пирсон из Университета Юго-Восточной Аляски и Майка Мюррея из аквариума Монтерей-Бей. Понимание использования энергии животными, приспособленными к жизни в холоде, также может дать ключ к пониманию того, как управлять метаболизмом человека.

Метаболизм каланов

Живущим в воде млекопитающим особенно трудно оставаться в тепле, потому что вода отводит тепло от тела намного быстрее, чем воздух. Большинство морских млекопитающих имеют большие тела и толстый слой жира для изоляции.

Морские каланы - самые маленькие из морских млекопитающих, у них нет толстого слоя жира. Вместо этого они изолированы самым густым мехом среди всех млекопитающих, насчитывающим до миллиона волосков на квадратный дюйм. Этот мех, однако, требует регулярного ухода и требует регулярного ухода. Около 10% повседневной активности калана связано с поддержанием изолирующего слоя воздуха, заключенного в его мехе.

Густого меха недостаточно, чтобы согреть калана. Чтобы вырабатывать достаточно тепла, их метаболизм в состоянии покоя примерно в три раза выше, чем у большинства млекопитающих того же размера. Однако за такой высокий уровень метаболизма приходится платить.

Чтобы получить достаточно энергии для удовлетворения высоких потребностей, каланы должны съедать с пищей более 20% своей массы тела каждый день. Для сравнения, люди съедают около 2% своей массы тела - около 3 фунтов (1,3 кг) пищи в день на человека весом 155 фунтов (70 кг).

Откуда берется тепло?

Когда животные едят, энергия их пищи не может использоваться клетками напрямую для выполнения работы. Вместо этого пища расщепляется на простые питательные вещества, такие как жиры и сахар. Затем эти питательные вещества переносятся кровью и поглощаются клетками.

Внутри клетки есть отсеки, называемые митохондриями, где питательные вещества преобразуются в АТФ - высокоэнергетическую молекулу, которая выступает в качестве энергетической валюты клетки.

Процесс преобразования питательных веществ в АТФ аналогичен тому, как плотина превращает накопленную воду в электричество. Когда вода вытекает из плотины, она вырабатывает электричество, вращая лопасти, подключенные к генератору - подобно ветру, вращающему лопасти ветряной мельницы. Если плотина протекает, часть воды или накопленной энергии теряется и не может быть использована для производства электроэнергии.

Точно так же протекающие митохондрии менее эффективны в производстве АТФ из питательных веществ. Хотя утечка энергии в митохондрии не может быть использована для работы, она генерирует тепло, чтобы согреть тело калана.

Все ткани тела используют энергию и выделяют тепло, но некоторые ткани больше и активнее чем другие. Мышцы составляют 30% массы тела большинства млекопитающих. В активном состоянии мышцы потребляют много энергии и выделяют много тепла. Вы, несомненно, испытали это, будь то жар во время упражнений или дрожь от холода.

Чтобы выяснить, помогает ли метаболизм каланов согревать каланов, мы изучили небольшие образцы мышц каланов разного размера и возраста, от новорожденных щенков до взрослых. Мы поместили образцы мышц в небольшие камеры, предназначенные для контроля потребления кислорода - меры того, сколько энергии используется. Добавляя различные растворы, которые стимулируют или ингибируют различные метаболические процессы, мы определили, сколько энергии митохондрии могут использовать для производства АТФ - и сколько энергии может пойти на утечку тепла.

Мы обнаружили, что митохондрии в мышцах калана могут быть очень негерметичными, что позволяет выдрам увеличивать тепло в своих мышцах без физической активности и дрожи. Оказывается, мышцы калана неэффективны. Энергия, «теряемая» в виде тепла при превращении питательных веществ в движение, позволяет им пережить холод.

Примечательно, что мы обнаружили, что новорожденные щенки обладают такими же метаболическими способностями, как и взрослые, хотя их мышцы еще не созрели для плавания. и дайвинг.

Более широкое значение

Наше исследование ясно показывает, что мышцы важны не только для движения. Поскольку мышцы составляют значительную часть массы тела, даже небольшое увеличение метаболизма мышц может значительно увеличить количество энергии, потребляемой животным.

bbabo.Net