Певчие птицы, которые набирают до 50 процентов своего веса перед миграцией и очень мало спят, демонстрируют измененную иммунную систему и функцию восстановления тканей во время путешествия, что может иметь последствия для здоровья человека, по словам Пенна. Государственные исследователи.
"Представьте, что вы заболели патологическим ожирением перед марафоном, вы не спали несколько дней перед соревнованиями - и вы выступили так хорошо, что выиграли", - сказал ведущий исследователь Пол Бартелл, доцент кафедры биологии птиц..«Тогда учтите, что вы были защищены от сердечно-сосудистых и метаболических заболеваний, которые обычно возникают в результате ожирения или длительного лишения сна. Это пример, который я люблю использовать, чтобы проиллюстрировать, насколько удивительны изменения, которые происходят с этими птицами, чтобы обеспечить миграцию.." Хотя аналогичные изменения происходят и у других певчих птиц, которые совершают свои миграционные перелеты ночью, вид, на который ссылается Бартелл, - это белогорлый воробей. Его исследовательская группа, базирующаяся в Колледже сельскохозяйственных наук, изучала физиологические механизмы птиц, обеспечивающие защиту от последствий лишения сна и одновременно обеспечивающие повышенную физическую работоспособность, необходимую для миграции..
Многие птицы совершают длительные перелетные путешествия два раза в год в ночное время, отметил Бартелл, и в это время года птицы резко сокращают количество сна, но, как ни странно, показывают такие же хорошие результаты в тестах на физическую и когнитивную деятельность, как и во время немигрирующие времена года. Эта присущая физиологическая защита исчезает, когда птицы вынуждены бодрствовать в другое время года, поэтому эти защитные изменения связаны только с ночным миграционным состоянием.
Чтобы увидеть физические проявления миграционных изменений, исследователи провели анализ последовательности РНК тканей сердца и печени, собранных у птиц в разное время суток в разных миграционных состояниях, и оценили данные с помощью генетического анализа. Они выявили изменения в экспрессии генов, затрагивающие несколько систем и путей, которые регулируют многие аспекты метаболизма, иммунной функции, заживления ран и защиты многих систем органов.
«Мы выбрали сердце и печень, потому что сердце является хорошим представителем сердечно-сосудистой системы, а печень отражает химические изменения, лежащие в основе физиологических колебаний», - сказал Бартелл. «И мы знаем, что сердце белогорлого воробья будет изменять размер, когда они мигрируют, становясь больше, позволяя птицам лучше работать, а затем уменьшаться после участия в миграционной активности без функционального повреждения органа."
В исследовании, недавно опубликованном в Scientific Reports, 48 белогорлых воробьев были пойманы с помощью паутинных сетей в округе Сентер, штат Пенсильвания, и доставлены в помещения для животных в кампусе Университетского парка. Всех птиц содержали и кормили вместе в большой летной клетке в течение шести месяцев, чтобы стандартизировать недавнюю историю жизни и избежать внесения неопределенности в результаты, вызванные изменениями в рационе и движении..
Во время заключения исследователи манипулировали временем света и темноты, чтобы стабилизировать как миграционные, так и немигрирующие состояния, что примерно соответствует сезонному времени в дикой природе.
Выполнение вскрытия в этих условиях позволило сравнить мигрирующие и немигрирующие условия без расхождений, вызванных воздействием света. Бартелл знал из предыдущих исследований, что белогорлые воробьи переходят в мигрирующее состояние и что поведение птиц и сопутствующие морфологические и физиологические изменения происходят два раза в год, основываясь на времени их внутренних часов, которые обычно синхронизируются с изменениями длины дня.
Он считает, что исследование приведет к более полному пониманию уникальной способности птиц динамически снижать потребность во сне при выполнении сверхвыносливых событий без связанных с этим негативных последствий. Исследование дает новое представление о сезонных изменениях, происходящих во время ночной миграции птиц.
Но помимо птичьих применений, Бартелл считает, что последующие исследования, которые уже ведутся в его лаборатории, и другие, которые будут проводиться, установят работающую связь между миграционной физиологией певчих птиц и здоровьем человека. «Вот почему военно-морской флот был готов заплатить за исследование», - сказал Бартелл, имея в виду грант, предоставленный Управлением военно-морских исследований. «Но я думаю, что ценность будет выше, чем просто научиться тому, как заставить наших военных действовать на более высоком уровне, когда они физически активны и лишены сна».
Он предположил, что ученые, возможно, в конечном итоге смогут передать аспекты чудесных миграционных способностей птиц людям. Наибольший интерес представляет их способность поддерживать восстановление и ремоделирование тканей с высокой эффективностью.
«Одновременно птицы разрушают ткани для подпитки полета и устраняют повреждения тканей, полученные в результате длительного использования», - сказал он. «И, в конечном счете, их тела представляют собой чистую опорную сеть для восстановления тканей после миграции».
Бартелл выразил благодарность Пенсильванскому университету за необычное сочетание современного геномного оборудования в университетском Институте наук о жизни им. исследования для продолжения.
«В Колледже сельскохозяйственных наук мы благословлены прекрасными помещениями для животных», - сказал он. «Большая часть этого исследования была проведена в Исследовательском центре птицеводства, где практически все крыло здания используется для воробьев и других птиц».
В исследовании также участвовали Уильям Хортон, доктор наук в области зоотехники; Мэтью Дженсен, аспирант в области биоинформатики и геномики; Асвати Себастьян и Крейг Праул, исследователи из Института наук о жизни им. Хака штата Пенсильвания; и Иштван Альберт, профессор биохимии и молекулярной биологии.