Можно подумать, что пустынные древесные крысы уже пережили немало невзгод. Помимо постоянной угрозы со стороны койотов и других хищников и палящего зноя пустыни Мохаве, их основным источником пищи является куст креозота или чапараль - растение настолько токсичное, что немногие другие животные даже приближаются к нему.
Но уникальная адаптация лесных крыс, позволяющая им расщеплять креозотовые токсины, может оказаться под угрозой, если температура продолжит расти, считают исследователи из Университета Юты. Их новое исследование в области молекулярной экологии объясняет, почему: печень млекопитающих (включая нас) может быть менее эффективной в расщеплении токсинов при более высоких температурах.
«Похоже, что при более низких температурах в печени происходит больше», - говорит Патрис Курнат Коннорс, научный сотрудник биологического факультета Университета США и первый автор нового исследования. Исследование финансировалось Национальным научным фондом и Центром глобальных изменений и устойчивого развития Университета Юты.
Выносливые древесные крысы
Профессор биологии Дениз Диринг изучает пустынных лесных крыс уже более 20 лет. Они размером с большого хомяка, но благодаря строительству гнезд или кучи лесные крысы задокументировали тысячелетнюю историю климата и растительности на юго-западе.
Среди грызунов они также придерживаются своеобразной диеты. Это одно из немногих семейств грызунов, которые специализируются на поедании растений. Другие едят семена или придерживаются всеядной диеты. А специализация древесных крыс идет еще дальше. Диринг говорит, что древесная крыса Стивена из северной Аризоны питается почти исключительно можжевельником. «Каждый день он проглатывает дозу скипидара, которая убила бы человека», - говорит она. «Феноменальные виды для изучения».
Предыдущие исследования изучали, как лесные крысы регулируют потребление ядовитых растений, и обнаружили, что при повышении температуры пустынные лесные крысы едят меньше продуктов, содержащих креозот. Диринг и Коннорс подозревали, что разница в функционировании печени, которая перерабатывает и расщепляет токсины, может объяснить снижение устойчивости лесных крыс к более высоким температурам.
Стресс печени
В своем новом исследовании Диринг и Коннорс изучили, какие гены включаются или выключаются в печени лесных крыс при повышенных температурах. Высокие температуры на самом деле были не такими уж высокими для животного, обитающего в пустыне Мохаве - 79 градусов по Фаренгейту по сравнению с 71 по Фаренгейту для животных, содержащихся при «прохладных» температурах.
«Это пустынные животные», - говорит Коннорс. «Эти температуры не имеют для них большого значения. Но мы все еще наблюдаем различия в экспрессии генов в печени при этих температурах».
Сравнивая экспрессию генов печени у теплых и холодных древесных крыс, Коннорс обнаружил, что активность основных путей детоксикации практически не изменилась, но у теплых древесных крыс активность генов печени примерно вдвое меньше, чем у холодных древесных крыс. Наиболее существенные различия были в генах, связанных с метаболизмом. Один ген регулирует метаболизм витамина А, который может быть предшественником ферментов детоксикации. Другой ген связан с процессом, называемым глюконеогенезом, который генерирует глюкозу в результате расщепления белков и липидов.
«Это то, что делает ваша печень, когда ей не хватает энергии», - говорит Коннорс. «Это не идеальный способ вырабатывать энергию в печени».
Это не просто древесные крысы
Замедление функции печени у вудратов не удивительно, поскольку «зависимая от температуры токсичность» также влияет на других млекопитающих, включая человека. В 1959 году фармакологи из Университета Майами проверили токсичность 58 соединений на крысах, которых содержали при температуре от 46 до 96 градусов по Фаренгейту. Две трети этих соединений были наиболее токсичны при высоких температурах, а также наименее токсичны при промежуточных температурах.
Для людей это означает, что тайленол, принятый в июле, может оставаться в силе дольше, чем тот, который был принят в январе, поскольку печень при более низких температурах более эффективно очищает организм от наркотиков и токсинов.
Причина этого эффекта может быть связана со стратегиями организма по управлению теплом. Печень - большой орган, вырабатывающий тепло в ходе своих обычных биологических процессов.
«Вы не хотите, чтобы ваша печень работала сверхурочно летом, иначе станет слишком жарко», - говорит Коннорс. «Мы думаем, что существует компромисс между ролью, которую печень играет в терморегуляции, и детоксикацией».
Влияние потери лесных крыс на окружающую среду
По данным метеостанции, месячные максимальные температуры лесных крыс в их естественной среде обитания ненамного увеличились с 1989 года. Но средняя минимальная температура в июле сейчас примерно на 5 F теплее.
Если пустынные лесные крысы больше не могут терпеть предпочитаемую ими диету, они могут быть вынуждены сместить свой ареал в более низкие температуры. Это может иметь волновые последствия для более мелких млекопитающих, населяющих заброшенные кучи лесных крыс, а также для сов и койотов, которые полагаются на лесных крыс в качестве источника пищи.
Теперь коллеги Диринга и Коннорса в Австралии задают те же вопросы о больших сумчатых, которые едят листья эвкалипта. «Это другой токсичный вызов, - говорит Коннорс. «Это может иметь большое значение для травоядных млекопитающих».