Почему каланы не мёрзнут в воде

Мышцы каланов позволяют тратить много энергии на тепло.

Вода проводит тепло намного лучше, чем воздух. Поэтому морским теплокровным животным нужно всё время думать, как бы не замёрзнуть – особенно, если ты живёшь в северных морях или рядом с Антарктикой. С одной стороны, тут помогают большие размеры: чем ты крупнее, тем больше тепла сохранишь внутри себя. С другой стороны, у морских зверей есть мощная теплоизоляция – слои жира под кожей.

Но как в таком случае быть каланам? Это самые маленькие из морских млекопитающих (до 1,5 м в длину и массой до 39 кг), жировых запасов у них особо нет, а живут они в северной части Тихого океана, в не самых тёплых водах. У каланов довольно плотный мех, считается, что даже самый плотный среди зверей, но и он не может защитить от слишком больших теплопотерь в воде.

Конечно, есть ещё обмен веществ: можно сжигать побольше калорий, направляя их на обогрев. Действительно, метаболизм у каланов очень интенсивный для млекопитающих, они расходуют в три раза больше энергии, чем другие звери такого же размера (и поэтому должны много есть – масса еды, которую калан съедает за день, составляет 25% от массы тела). Но каков механизм интенсивного каланьего метаболизма?

Сотрудники Техасского университета A&M изучали образцы мышц каланов, взятые как у взрослых животных, так и у детёнышей. Исследователи оценивали, сколько кислорода поглощают мышцы каланов по сравнению с мышцами людей, ездовых собак и морских слонов. По расходу кислорода можно судить о том, как работают энергетические станции клетки – органеллы митохондрии.

Смысл всех энергетических реакций в том, чтобы перегруппировать протоны (ионы водорода) на мембране митохондрий. Получается что-то вроде плотины на реке: по одну сторону мембраны ионов становится много, а по другую – мало. И вот когда разница в протонах окажется достаточной, они начинают бежать обратно и одновременно запускают фермент, синтезирующий АТФ – главную энергетическую молекулу клетки (энергию из АТФ можно легко очень добыть обратно и израсходовать там, где требуется). Протоны работают, как вода в гидроэлектростанции, вращая турбину, которая даёт электрический ток.

Но бывает, что протоны в митохондриях работают вхолостую. Скопившись на одной стороне мембраны, они перетекают обратно в обход того фермента, который синтезирует АТФ. И в таких случаях их энергия уходит в тепло. Именно так каланы и согреваются. Скелетные мышцы занимают в теле зверей 40–50% массы тела, и если во всех мышцах идут такие тепловые утечки, этого достаточно, чтобы согреть всё тело. Притом каланы не дрожат – их мышцы не сокращаются, они дают тепло в состоянии покоя.

Такой же механизм работает у очень мелких грызунов с чрезвычайно интенсивным обменом веществ. Однако в статье в Science говорится, что у каланов митохондриальная печка греет тело намного эффективнее. Исследователи полагают, что каланы как-то регулируют её работу, согреваясь тогда, когда нужно. Если бы так много энергии утекало в тепло у какого-нибудь другого зверя, это говорило бы о чрезвычайно неэффективном обмене веществ. Но у каланов энергетическая неэффективность превратилась в преимущество.

По материалам ScienceNews