«Если бы этим животным было холодно, они не смогли бы впасть в спячку, потому что их сенсорная система сообщила бы остальному телу, что им нужно сначала согреться», — говорит старший автор исследования Елена Грачева, физиолог и нейробиолог из Йельского университета. «Они не смогут выжить как вид».Лаборатория Грачевой в сотрудничестве с группой Святослава Багрянцева, которые вместе составляют лаборатории сенсорной физиологии в Йельском университете, обнаружили, что суслики и сирийские хомяки развили аналогичные адаптации к подавлению холода независимо. В то время как у всех грызунов есть рецепторы на соматосенсорных нейронах, которые ощущают холод, у этих двух животных, находящихся в спячке, для активации требуется гораздо больше, чем у животных, которые не впадают в спячку.
Чтобы сравнить биологию животных, впадающих в спячку, и тех, которые не впадают в спячку, исследователи провели тесты на сусликах, хомяках и мышах. Они поместили грызунов на две пластины с контролируемой температурой: одну теплую пластину (30 градусов Цельсия) и другую более прохладную пластину, которая изменяла температуру (от 20 до 0 градусов Цельсия). Грызуны могли перемещаться между двумя пластинами.
Исследователи заметили, что мыши всегда сильно предпочитали теплую тарелку. С другой стороны, суслики и хомяки не выказывали значительного предпочтения теплой тарелке, если только холодная тарелка не приближалась к 5 градусам Цельсия.Грачева и Багрянцев связали это поведение с ионным каналом в нейронах этих грызунов, получившим название TRPM8.
Активация TRPM8 приводит к ощущению холода. У сусликов и хомяков TRPM8 менее чувствителен к холоду, чем TRPM8 у мышей. У мышей наблюдалось повышение активности при понижении температуры с 30 до 10 градусов по Цельсию, но у сусликов и хомяков не было никаких изменений даже при температуре ниже 20 градусов по Цельсию. Исследователи проанализировали различия в аминокислотной последовательности молекул TRPM8 и полученной методом обратной инженерии белка TRPM8, так что она снова стала чувствительной к холоду.
Это сопротивление чувству холода возникает не только тогда, когда суслики и хомяки впадают в спячку, но и когда они активны. Например, суслики с 13 линиями (так называемые из-за их 13 коричневых и белых полос) могут выдерживать воздействие температуры 2 градуса Цельсия до 6-9 месяцев. Суслики, которые относятся к бурундукам, являются родными для Висконсина.
Другие виды, например птицы, могут мигрировать, чтобы изменить среду обитания, когда погода становится слишком холодной. С другой стороны, более мелкие млекопитающие не могут преодолевать большие расстояния. Вместо того, чтобы менять окружающую среду, они должны адаптироваться и изменять свое тело. «Эта адаптация — прекрасный пример того, как окружающая среда может формировать свойства сенсорной системы», — говорит Грачева.
В дальнейшем лаборатория Грачевой и ее коллеги изучают, как эти животные ведут себя при еще более низких температурах. Следующим шагом ее команды будет изучение грызунов при температуре ниже 10 градусов по Цельсию.
Они также хотят расширить свои исследования молекулярных основ чувствительности к холоду. «Это очень сложный процесс, и TRPM8 — лишь часть механизма», — говорит Грачева.