Małe myszy „wyłączają się”, aby przetrwać ekstremalne zimno na najwyższych szczytach górskich

Jest początek 2019 roku, a biolog Jay Storz walczy z oddychaniem. Właśnie przedostał się na szczyt Llullaillaco, chilijskiego wulkanu o wysokości około trzech czwartych wysokości Mount Everestu, w poszukiwaniu plotki.

Na tej wysokości powietrze jest rzadkie, więc nie ma zbyt wiele tlenu i każdy krok jest wysiłkiem. Kolega Storza, Mario Perez Mamani, zauważa ruch wśród skał i Storz rusza do akcji. Udaje mu się złapać i z uśmiechem siada z powrotem. W jego pięści znajduje się najwyżej zamieszkujące zwierzę na świecie: Żółto-rumped leaf-eared mouse (Phyllotis xanthopygus rupestris).

Jestem kanadyjskim biologiem, który jest częścią międzynarodowego zespołu naukowców, który obejmuje Storz; badamy górskie myszy szczytowe, aby dowiedzieć się, jak zwierzęta przystosowują się do ekstremalnych środowisk. Jeśli chodzi o życie na wysokościach, małe gryzonie i zajęczaki (krewni królików) są niekwestionowanymi mistrzami wysokości od Andów po Himalaje. Badany przez nas gatunek, północnoamerykańska mysz jelenia (Peromyscus maniculatus), występuje od poziomu morza do szczytu najwyższych Gór Skalistych, co daje jej najszerszy zakres wysokościowy spośród wszystkich ssaków na kontynencie.

Przeżycie ekstremalnych środowisk jako szczenię

Szczyt góry to jedno z najbardziej ekstremalnych środowisk na Ziemi, a wiele szczytów jest mroźnych przez cały rok. Dla małych myszy może to być duży problem. Ich powierzchnia jest duża w stosunku do masy, więc szybko tracą ciepło.

Większość zwierząt ciepłokrwistych, takich jak ptaki i ssaki – endotermy – wykorzystuje energię z pożywienia, aby wytworzyć własne ciepło i zapobiec zbyt niskiemu spadkowi temperatury ciała. Ssaki używają mięśni do drżenia lub specjalnego rodzaju tłuszczu zwanego brązową tkanką tłuszczową, która wytwarza ciepło bez drżenia. Zarówno drżące mięśnie, jak i brązowy tłuszcz potrzebują energii i tlenu, aby wytworzyć ciepło.

Tlen jest w niedoborze na szczycie górskim, ale myszy wysokogórskie znalazły sposób na obejście tego problemu. Wysokogórskie populacje północnoamerykańskiej myszy jelenia, rodzime dla Gór Skalistych i Gór Białych, ewoluowały, aby zmaksymalizować produkcję ciepła. Ich brązowy tłuszcz i mięśnie szkieletowe są maszynami do spalania tłuszczu, a ich wyspecjalizowane układy krążenia i oddychania dostarczają cały potrzebny tlen i paliwo. Maksymalizacja produkcji ciepła oznacza, że dorosła mysz ma większe szanse na przeżycie na zimnym szczycie górskim.

Generowanie ciepła dla przetrwania

Niektóre ssaki rodzą się z w pełni funkcjonującymi mechanizmami generującymi ciepło. Ale w przypadku wielu gatunków systemy te dojrzewają po urodzeniu. U tych zwierząt – w tym ludzi i myszy – brązowy tłuszcz dojrzewa jako pierwszy i przejmuje wczesną produkcję ciepła.

Na poziomie morza, brązowy tłuszcz dziecka myszy trwa około ośmiu dni, aby się rozwinąć. Do tego momentu, dzieci, lub szczenięta, potroiły się w wielkości i zaczynają rosnąć futro. Za kolejne dwa tygodnie będą wystarczająco dorosłe, aby opuścić dom, ale te pierwsze tygodnie są zdradliwe. Wysokie ryzyko drapieżnictwa i koszty energetyczne wzrostu oznaczają, że mniej niż połowa młodych myszy urodzonych na wolności osiąga dorosłość.

Ale myszy żyjące na dużych wysokościach rozwinęły zaskakującą strategię, która pomaga im przetrwać ten wczesny etap życia: pozwalają sobie marznąć. Nasze badania wykazały, że systemy produkujące ciepło u szczeniąt myszy jeleniowatych na dużych wysokościach dojrzewają wolniej niż u myszy z niższych wysokości. Kiedy przyjrzeliśmy się genom odpowiedzialnym za te cechy, odkryliśmy, że zarówno w brunatnej tkance tłuszczowej, jak i mięśniach szkieletowych, szlaki metaboliczne związane z produkcją ciepła zostały wyłączone u szczeniąt z dużych wysokości, które musiały polegać na swoich matkach, aby zapewnić sobie ciepło.

Matki gryzoni będą siedzieć na swoich szczeniętach podczas karmienia, utrzymując je miłe i ciepłe. Jeśli szczenięta nie mogą wytwarzać własnego ciepła, temperatura ich ciała będzie powoli spadać, gdy matka będzie daleko.

Tolerancja na zimno

Ludzie dostają hipotermii, jeśli nasze ciało spadnie o 2 C, więc może się to wydawać niebezpieczne. Ale małe myszki są nadzwyczaj tolerancyjne na zimno. Ich temperatura ciała może spaść prawie do zera na wiele godzin, rozgrzewając się ponownie, gdy ich matka wraca.

Nasze badania prowadzą nas do przekonania, że myszy na dużych wysokościach zachowują energię do wzrostu, a nie do utrzymania ciepła. Połączenie zimna i niskiej zawartości tlenu oznacza, że większość dzieci ssaków (od ludzi do szczurów) nie może prawidłowo rosnąć na dużych wysokościach.

Mysz jelenia jest w stanie przetrwać do dorosłości na dużych wysokościach ze względu na swoją zdolność do spowolnienia aktywności metabolicznej i oszczędzania energii. Ponieważ jest to dokładnie odwrotna strategia stosowana przez dorosłe myszy jelenie, nasza praca podkreśla, jak ważne jest badanie młodych zwierząt, jeśli chcemy zrozumieć, jak ewoluował dany gatunek.

.