Найденная на высоте 6700 метров мышь показала предел выживаемости млекопитающих

Высоко в горах условия для жизни кажутся непригодными — холодно, кислорода мало, есть практически нечего. И все же есть один зверек, способный преодолеть эти трудности — андская листоухая мышь Phyllotis vaccarum. Этот маленький бурый грызун был найден на вершине вулкана Льюльяльяко на границе Чили и Аргентины, на высоте 6739 метров над уровнем моря — на сотни метров выше, чем его ближайший конкурент.

Ученые подвергли удивительных животных лабораторным опытам и секвенировали геном, чтобы понять механизмы адаптации к экстремальным условиям. Своими открытиями они поделились на страницах Science.

Когда альпинисты рассказали, что видели мышей на вершине вулкана, биологи поначалу не верили, что «какая-то мелкая живность способна обитать в столь невообразимых условиях», вспоминает профессор Джей Сторц из Университета Небраски в Линкольне. На тот момент считалось, что на высоте более 6000 метров млекопитающие в принципе жить не могут. В 2020 году Сторц с коллегами убедился: жизнь при температуре ниже нуля в атмосфере с содержанием кислорода всего 44% от нормы все же возможна.

Приспособились к любой высоте

Изыскания показали, что P. vaccarum не просто могут жить очень высоко — у них самый широкий высотный диапазон среди всех позвоночных: от уровня моря до горных пиков. Поэтому для изучения взяли особей и высокогорных, и равнинных — чтобы сравнить; всего собрали 167 андских листоухих мышей.

Сначала их поместили в лабораторные условия с холодом и низким содержанием кислорода и наблюдали за физиологическими реакциями. Оказалось, что высокогорные мыши вырабатывают больше тепла и имеют большую способность усваивать кислород, чем их сородичи с подножий, — это критически важные приспособления, чтобы избежать переохлаждения и сохранять работоспособность в холодных горных условиях.

Механизмы этих адаптаций, судя по всему, сильно отличаются от тех, что используют другие высокогорные грызуны. Те, как правило, сжигают углеводы для выработки тепла, потому что это требует меньше драгоценного на таких высотах кислорода, чем окисление жиров. А листоухие мыши используют в качестве основного источника энергии как раз таки жиры.

Выживают благодаря гипервентиляции

Другие высокогорные грызуны выживают в разреженном воздухе благодаря тому, что их гемоглобин более эффективно связывает кислород, что помогает поддерживать нормальное насыщение артериальной крови кислородом. Но у андских листоухих мышей дело обстоит иначе — в качестве альтернативы эти грызуны, возможно, защищают насыщение артериальной крови кислородом при гипоксии за счет усиления вентиляции легких, но это дается ценой нарушения кислотно-щелочного баланса крови. Сторц предполагает, что листоухие мыши решили эту проблему с помощью эволюционных изменений в ферментах красных кровяных клеток, которые замедляют выведение углекислого газа.

Ученые также секвенировали геномы андских листоухих мышей. Они провели статистический анализ, чтобы выявить гены, которые подверглись отбору у высокогорных мышей и могли помочь им приспособиться к жизни в горах. Неудивительно, что часть идентифицированных генов была связана с метаболизмом и способностью вырабатывать тепло. Но также оказалось, что у высокогорных мышей есть генетические адаптации, позволяющие обезвреживать их пищу.

Токсины им нипочем

Вулканы вроде Льюльяльяко выделяют тяжелые металлы и другие токсины, которые могут впитываться в растительную пищу, которая составляет мышиное меню. Хотя есть данные о генетической адаптации к детоксикации у других высокогорных видов, например у бабочек, «в случае с мышами это неожиданность», отмечает зоолог Патрисия Шульте из Университета Британской Колумбии.

Это неожиданное открытие указывает на то, что для жизни на больших высотах следующей задачей после адаптации к низкому содержанию кислорода «может быть экологическая, а не сугубо физиологическая», допускает биолог Элли Грэм из Канзасского университета: «Выживание на экстремальной высоте — это не только кислород, так что эта [статья] вносит свежую струю».

Сторц намерен выяснить, какие из адаптаций мышей связаны именно с жизнью на большой высоте, а какие — с горной средой как таковой. Хотя это будет нелегкой задачей, признает он: «Собирая мышей и проводя полевые работы, [мы] подвергаем себя тем же экологическим трудностям, что и наши подопытные».