В отличие от бактерий-анаэробов, эукариотические организмы никак не могут обойтись без кислорода, необходимого для извлечения скрытой в пище энергии. По мере продвижения вверх по эволюционному древу эта зависимость становится сильнее, достигая максимума у теплокровных — птиц и зверей.
Стоящие несколькими ступенями ниже рептилии, амфибии и рыбы не только скромнее в своих запросах, но и обладают способностями за счет разнообразных уловок регулярно переживать неблагоприятные периоды.
В условиях недостатка кислорода глазчатые кошачьи акулы Hemiscyllium ocellatum экономят энергию за счет того, что полностью «выключают» нейроны сетчатки и до восстановления нормальных условий теряют зрение.
Обладает довольно изящным и стройным туловищем. У неё широкая морда, напоминающая, если смотреть снизу, по своей форме колокол. У кошачьей акулы широкие ноздри и небольшие глаза. У акул этого вида довольно нежное тело с очень тонкой кожей. Взрослые особи обычно имеют коричневый цвет (тёмных оттенков) и ярко выраженные высветленные части на задних плавниках.
Эти акулы встречаются на востоке Тихого океана. Можно их встретить вблизи Мексики, Эквадора и Перу на глубине до 950 метров. В зависимости от вида средняя длина составляет от 60 сантиметров до полутора метров. Самый большой экземпляр достигает трех метров в длину.
Всем им регулярно приходится сталкиваться с недостатком кислорода. В частности, указанные акулы обитают на мелководье Большого Барьерного рифа — гряды коралловых рифов и островов шириной от 2 до 150 км, тянущейся на 2300 километров вдоль северо-восточного побережья Австралии. В темное время суток содержание кислорода в этих водах падает: из-за отлива уменьшается объем воды, а кроме того, отдельные особи могут оказаться в небольших резервуарах, отрезанных от океана.
В попытке узнать, как акулы справляются с этой проблемой, Нильссон и соавторы публикации в журнале Comparative Biochemistry and Physiology - Part A: Molecular & Integrative Physiology исследовали активность их нервной системы. Они начали с измерения потенциала сетчатки.
Метод регистрации изменения электрического потенциала сетчатки глаза при ее освещении. Один электрод размещается непосредственно на поверхности глаза с помощью специальной контактной линзы, а другой обычно крепится к коже затылка. В случае имеющегося у человека заболевания сетчатки регистрируемый электрический потенциал изменяется.
Данный метод полезен при диагностике различных заболеваний сетчатки, когда вследствие имеющегося помутнения хрусталика (например, при катаракте) визуальное обследование сетчатки глаза бывает затруднено или когда болезнь практически не производит видимых изменений в сетчатке глаза.
Но если при записи ЭЭГ вас просят проводить в уме разные вычислительные операции, или же, наоборот — расслабиться, то при ЭРГ раздражающим стимулом становятся яркие вспышки света разной периодичности.
Через 30 минут аноксии β-волны электроретинограммы полностью сошли на нет.
У леопардовой лягушки максимальное снижение наблюдалось через 40 минут и составило 75%, а у черепахи – через 2 часа, и достигло только 50%. Поскольку зрение заключается в появлении и последующем проведении электрического возбуждения, то ученые заключили, что акулы до восстановления уровня кислорода полностью слепнут. Процесс оказался полностью обратимым: в нормальной океанической воде амплитуда волн возвращалась к 100%.
Акулы обладают чрезвычайно острым обонянием. Передняя часть мозга, отвечающая за обоняние, развита у акул намного больше, чем у других рыб. Ослепленные акулы безошибочно приближаются к тому месту, где в воду опускали куски рыбы, кальмаров или другой корм. В результате опытов, проведенных над черноперой (Carcharhinus melanopterus) и индо-тихоокеанской серой (Carcharhinus menisorrah) акулами, было установлено, что они реагируют на экстракт из рыбы, разведенный в воде в пропорции 1:10 млрд.
Высказывались также гипотезы о способности некоторых видов акул к воздушному обонянию, то есть способности улавливать и дифференцировать запахи в воздухе.
Зрение у акул развито не так хорошо, как обоняние. Глаз акулы не содержит в сетчатке фоторецепторов-колбочек, поэтому не способен различать цвета и плохо приспособлен для фиксации быстрых движений. Отчасти это компенсируется значительным количеством палочек — клеток, воспринимающих слабый свет. Кроме того, позади сетчатки у многих видов акул находится блестящая серебристая перепонка (tapetum lucidum), которая отражает свет, прошедший мимо клеток-фоторецепторов, обратно на них и таким образом повышает световую чувствительность глаза акулы, что особенно сказывается на глубине и в мутной воде.
Акулы чувствительны к звуковым колебаниям частотой 20-300 Гц. При этом высокие частоты воспринимаются сенсорными клетками внутреннего уха, а низкочастотные колебания — сенсорами боковой линии на поверхности головы и туловища. Боковая линия — весьма чувствительный орган: акула улавливает движение рыб на расстоянии до 300 метров.
Воспринимают они и электрические поля в воде. Электрорецепторы акулы, так называемые ампулы Лоренцини — особые слизистые железы, расположенные группами на поверхности головы, чувствительны к очень слабым электрическим полям, возникающим вокруг всех живых организмов. Электрорецепторы акул обладают исключительно высокой чувствительностью: они реагируют на электрические поля напряженностью 0,001 мкВ/м. Это позволяет акуле обнаружить, например, камбалу, скрытую под слоем песка, только по электрическим полям, генерируемым мышцами жертвы при дыхательных движениях.
Существуют также гипотезы о том, что ампулы Лоренцини позволяют акулам ориентироваться по магнитному полю Земли и даже определять (благодаря изменению электропроводности содержащейся в ампулах слизи) температуру воды с точностью до тысячных долей градуса.
А вот экономия существенная: на электричество расходуется до 50% всей энергии, потребляемой нервной системой.
Кислород необходим для окисления глюкозы в митохондриях и образования молекул АТФ — универсального переносчика и одновременно запасника энергии внутри клеток. В условиях гипоксии или аноксии обмен веществ переключается на исключительно бескислородный путь, который даёт в десятки раз меньше энергии, а кроме того, приводит к накоплению вредных веществ (в нашем организме – молочной кислоты, «виновной» в мышечной боли после напряженной работы).
Механизм акульего феномена ученым пока не открылся. Возможно, что-то прояснится при изучении активности других органов и систем, в том числе – весьма энергоемкого головного мозга, который у вышеупомянутых черепах тоже замедляет свою работу.
Как отмечают ученые, человек хотя и способен переживать кратковременные проблемы с дыханием, последствия для него гораздо тяжелей, и зачастую уже необратимы. Возможно, если удастся найти механизм целенаправленного подавления активности зрения у акул, то ученые смогут создать таблетки для экономии энергии. Аквалангистам они вряд ли помогут, а вот для инфаркта и инсульта, когда даже небольшой недостаток кислорода в зоне поражения оказывается критичным, могут оказаться незаменимы.
