Пламенный насос. Естественная история сердца - Билл Шутт

Зоолог Кен Стори предположил, что такое высвобождение глюкозы – утрированная реакция «сражайся или беги», при которой стресс заставляет мозг посылать в печень сигнал сбрасывать глюкозу в кровеносную систему. Содержащие большое количество энергии молекулы глюкозы могут быть использованы как аварийный запас, чтобы обеспечить «сражение» или «бегство». По-видимому, аналогичный сигнал тревоги возникает, когда начинается превращение лягушки в лягушачью ледышку.

Костанцо и его коллеги сосредоточили свои недавние исследования на другом криопротекторе, азоте, и их данные говорят о том, что некоторые кишечные бактерии остаются активными внутри замороженных хозяев. Бактерии выделяют фермент, который высвобождает азот из мочевины, находящейся в организме лягушки. Считается, что азот, как и глюкоза, защищает от повреждения при застывании и оттаивании, возможно, потому, что он замерзает при крайне низкой температуре (– 210 °C)37.

Все вышеописанное, по словам Костанцо, происходит во время первой фазы замерзания. Через несколько часов первоначальный скачок температуры тела снижается, и лягушка снова начинает остывать. В конце концов ее сердце перестает биться и кровь замерзает в сосудах. В таком состоянии древесная лягушка остается большую часть периода замерзания, что может продолжаться от полусуток во время похолодания до нескольких месяцев в расположенных за полярным кругом частях ареала их обитания.

– Все это время, – сказал Костанцо, – нет ни дыхания, ни сердечной деятельности.

Я спросил, определял ли кто-нибудь, прекращается ли электрическая активность мозга лягушки. Если электроэнцефалограмма (ЭЭГ) не показывает электрической активности мозга, это означает, что можно констатировать клиническую смерть; и мне было любопытно, можно ли технически считать просыпающихся лягушек зомби. Костанцо рассмеялся. Он сказал, что слышал, будто ЭЭГ замороженной лягушки не показывает электрической активности, но не может привести источник, подтверждающий или опровергающий этот феномен[64].

Еще я узнал, что от воздействия замораживания лягушку защищают не только циркулирующие криопротекторы. По-видимому, есть еще один фактор – массивное перераспределение воды в теле амфибии.

Обычно вода движется в клетки и из них под влиянием осмоса. Поскольку жидкости внутри организма (например, кровь и межклеточная жидкость) в основном состоят из воды, жизненно важно, чтобы уровень растворенных в них веществ оставался постоянным. Иначе клетки будут терять воду или разбухать по мере того, как она будет двигаться туда-сюда, выравнивая концентрацию.

В замерзающих лягушках увеличенная концентрация глюкозы создает осмотическое давление во всем организме. Но, если вода покидает клетки, очевидно, она покидает и сами органы, в результате во время замораживания они обезвоживаются.

– Например, сердце и печень теряют более половины обычного содержания воды, – сказал Костанцо.

– И куда девается эта вода? – спросил я.

– В цело́м, полость тела, нафаршированную кишками, – ответил знаток замороженных лягушек.

Я попытался представить себе это.

– Так о каком количестве воды идет речь?

– Если бы вы заморозили древесную лягушку, а потом ее препарировали, внутренности бы выглядели как рожок мороженого.

Помню, я подумал, что этот ученый явно видел такое мороженое с лягушачьим вкусом, и мгновение спустя он подтвердил мои подозрения. С энтузиазмом, который могут полностью оценить только те, кто, например, съел человеческую плаценту во имя науки, я слушал, как Костанцо описывал, как его команда тщательно вычерпала и взвесила ледяную лягушку, чтобы определить, какой процент от общей массы тела составляет вода.

Стоит отметить, что способность переносить обезвоживание не слишком редка среди лягушек. Наземные лягушки и жабы часто проявляют толерантность к высыханию. Вполне возможно, что эволюция просто улучшила эту систему, чтобы повысить устойчивость к замораживанию. В конце концов Костанцо с коллегами пришли к выводу, что обезвоживание и перенос жидкости в цело́м позволяет лягушке заморозить в теле много воды, не рискуя повредить органы, поскольку большая часть льда накапливается за пределами жизненно важных областей. Когда наступает весна и лягушка оттаивает, полученная вода возвращается для регидратации клеток, а избыток глюкозы уходит в печень, где снова перерабатыватся в гликоген и сохраняется.

Интересно, что ни Костанцо, ни другим исследователям не ясно, что именно стимулирует сердце снова биться после оттаивания. Нельзя указать на какую-то определенную температуру или время в процессе оттаивания, когда запускается сердцебиение. Но что бы ни стимулировало оживление – его не смогли пронаблюдать в лабораторных исследованиях близкого наземного рода, северной леопардовой лягушки (Lithobates pipiens).

– После оттаивания было несколько ударов сердца, – сказал Костанцо. – И казалось, что [частота сердечных сокращений] собирается увеличиться и нормализоваться. Но потом все просто пошло прахом.

Он рассказал, что четкого объяснения разным реакциям у двух близких родов нет, но, вероятно, у этих лягушек просто не сформировались защитные приспособления как у Rana sylvatica.

Я спросил Костанцо, не остается ли у лесных лягушек каких-либо неблагоприятных последствий замораживания. Он объяснил, что, хотя нет никаких доказательств того, что замораживание влияет на продолжительность жизни лягушек, оно воздействует на эффективность спаривания, поскольку недавно оттаявшие лягушки проявляют мало интереса к противоположному полу.

В лабораторных экспериментах на самцах лесных лягушек, которых поместили в пластиковые испытательные зоны, Костанцо и его команда показали, что испытуемые проявляли мало интереса к сексу в течение суток после оттаивания. И даже по истечении этого времени, в лабораторных условиях они не могли потягаться с контрольными образцами, которых не замораживали38. Одна из гипотез заключается в том, что организмы оттаявших лягушек слишком заняты избавлением от обильного количества глюкозы, чтобы справиться с трудностями спаривания. Другим существенным негативным фактором может быть то, что, хотя часть глюкозы, используемой в процессе замораживания, получается из гликогена, накопленного в печени, дополнительный гликоген поступает в результате распада собственного тела лягушки. Из-за этой формы аутоканнибализма масса прыжковых мышц ног за время спячки может уменьшиться на 40 %[65]. В результате свежеоттаявшие самцы лягушек могут быть физически не способны преследовать самок – до тех пор пока мышцы конечностей не восстановят прежний размер и функции.