- 26,761
- 46
- 8 Ноя 2022
Эволюция пошла ва-банк — и выиграла.
Когда врач светит яркой лампой в глаз, на секунду можно увидеть тёмное ветвящееся дерево. Это тень кровеносных сосудов сетчатки. В обычной жизни мозг убирает этот рисунок из восприятия, хотя сосуды постоянно перекрывают часть изображения. У большинства позвоночных без них никак: сетчатка потребляет огромные объёмы энергии и нуждается в постоянной подаче кислорода.
У птиц всё устроено иначе. Их сетчатка почти лишена сосудов, хотя именно птицы известны одним из самых острых зрений среди животных. Соколы высматривают добычу с большой высоты, совы отслеживают движение мыши в темноте, альбатросы замечают признаки рыбы на поверхности океана, а перелётные виды ориентируются по ландшафту во время долгих маршрутов. Получается странная картина: ткань работает на пределе, но привычной системы кислородного снабжения в ней нет.
Сетчатка относится к самым энергозатратным тканям организма. В ней работают сложные сети нейронов, иногда больше ста разных типов клеток. Такая ткань может потреблять в два-три раза больше энергии, чем сопоставимый по массе участок мозга. Поэтому плотная сеть сосудов у человека и многих других позвоночных выглядит логично: кровь приносит кислород и вещества, из которых клетки получают энергию.
Новая работа, опубликованная в Nature в январе 2026 года, показала, что птицы не нашли тайный способ доставлять кислород во внутреннюю часть сетчатки. Эта часть глаза действительно живёт без кислорода. Энергию она получает через анаэробный гликолиз - менее эффективный, но достаточный для работы путь расщепления глюкозы.
Разница между двумя способами получения энергии огромная. Клетка может расщепить молекулу глюкозы без кислорода и получить две молекулы АТФ , главной энергетической валюты живых систем. При наличии кислорода пируват, продукт первого этапа, идёт дальше в цепочку реакций и даёт ещё около 30 молекул АТФ. Поэтому кислородное дыхание примерно в 15 раз эффективнее, а иногда и больше.
Именно кислород когда-то резко изменил эволюцию жизни. После появления фотосинтеза цианобактерии начали насыщать атмосферу этим газом. Организмы, которые научились использовать кислород, получили сильное энергетическое преимущество. Для сложных многоклеточных животных такая система стала почти обязательной: мозг, мышцы и органы обычно быстро выходят из строя без постоянной подачи кислорода.
Есть исключения. Голый землекоп может прожить до 18 минут без кислорода, используя особую схему анаэробного обмена с фруктозой. Некоторые черепахи и золотые рыбки переживают месяцы в воде с низким содержанием кислорода подо льдом. Но для активной нервной ткани полная аноксия, то есть отсутствие кислорода, обычно смертельна.
Именно поэтому птичья сетчатка так долго ставила биологов в тупик. В глазу птиц есть странная структура - гребешок глаза, или pecten oculi. Анатомы описали её ещё в XVII веке. Она похожа на складчатый гребень или радиатор, пронизана сосудами и имеет большую поверхность. Несколько веков учёные пытались понять, снабжает ли гребешок сетчатку кислородом, но прямых физиологических измерений не хватало.
Исследователи проверили эту идею на зебровых амадинах, голубях и курах. С помощью микросенсоров они измеряли уровень кислорода в разных частях глаза. Во внешней сетчатке, ближе к задней стенке глаза, кислород обнаружился. Во внутренней части, где сосудов нет, приборы показали ноль. Не следы кислорода, не слабое снабжение, а полноценную хроническую аноксию.
Затем учёные использовали пространственную транскриптомику. Этот метод показывает, какие гены активны в разных участках ткани. Во внешней сетчатке работали гены, связанные с обычным кислородным дыханием. Во внутренней части активными оказались гены, связанные с анаэробным обменом. Клетки не ждали кислород из неизвестного источника, а использовали другой способ добычи энергии.
Следующий вопрос касался глюкозы. Анаэробный гликолиз даёт мало АТФ, поэтому ткани нужно больше топлива. Исследователи привлекли специалистов по опухолевому обмену веществ, потому что раковые клетки часто используют похожую бескислородную схему . Анализ показал: внутренняя сетчатка птиц требует в 2,5 раза больше глюкозы, чем другие участки птичьего мозга.
Гребешок глаза оказался связан не с кислородом, а с подачей сахара. В этой структуре активно работали гены, отвечающие за транспорт глюкозы. Значит, гребешок, вероятно, помогает закачивать в сетчатку топливо для анаэробного гликолиза. Одновременно там были активны гены переносчиков молочной кислоты. Она образуется как побочный продукт анаэробного обмена и при накоплении может вредить ткани, поэтому её нужно быстро выводить.
Получается необычная система. Птичья сетчатка убрала сосуды из области, которая должна принимать свет, и перенесла снабжение в отдельную структуру. Вместо кислорода внутренняя сетчатка получает много глюкозы, производит энергию менее эффективным способом и избавляется от молочной кислоты через гребешок глаза.
Такой обмен кажется расточительным, но у него может быть важное зрительное преимущество. Кровеносные сосуды в сетчатке мешают изображению, даже если мозг обычно подавляет их тени. У птиц сосудов на пути света почти нет, поэтому фоторецепторы и нейронные слои могут получать более чистый сигнал. Для животных, которым нужно замечать добычу, хищников, ориентиры и партнёров на большом расстоянии, выигрыш в качестве зрения мог оказаться важнее потерь в эффективности обмена.
Учёные попытались понять, когда могла появиться такая система. Для сравнения они измерили кислород в сетчатке близких родственников птиц - китайских трёхкилевых черепах и широкорылых кайманов. У рептилий сетчатка показала обычные уровни кислорода, без признаков постоянного анаэробного гликолиза. Значит, бескислородная внутренняя сетчатка, вероятно, возникла после отделения птичьей линии от крокодиловой ветви, ещё в эпоху динозавров.
Точный эволюционный сценарий восстановить трудно. Возможное объяснение связано с тероподовыми динозаврами, которым острое зрение помогало следить за добычей и распознавать партнёров. Позже, когда птицы освоили полёт, способность сетчатки работать при низком кислороде могла помочь на высоте, где воздух разреженнее. Но пока это гипотеза, а не доказанный путь эволюции.
Открытие важно и для медицины. При инсульте или других нарушениях кровоснабжения ткань страдает именно от нехватки кислорода. Человеческий мозг выдерживает полную аноксию очень недолго, после чего клетки начинают гибнуть. Если биологи поймут, как сетчатка птиц всю жизнь поддерживает активную нервную ткань без кислорода, это может подсказать новые подходы к защите тканей при кислородном голодании.
Птичий глаз оказался не просто примером хорошего зрения, а редкой биологической системой, где активная нервная ткань постоянно живёт на обмене, который у человека включается лишь временно, например в перегруженных мышцах. Дальше исследователям предстоит проверить больше видов, включая перелётных птиц, и понять, насколько широко этот механизм распространён среди разных линий.
Когда врач светит яркой лампой в глаз, на секунду можно увидеть тёмное ветвящееся дерево. Это тень кровеносных сосудов сетчатки. В обычной жизни мозг убирает этот рисунок из восприятия, хотя сосуды постоянно перекрывают часть изображения. У большинства позвоночных без них никак: сетчатка потребляет огромные объёмы энергии и нуждается в постоянной подаче кислорода.
У птиц всё устроено иначе. Их сетчатка почти лишена сосудов, хотя именно птицы известны одним из самых острых зрений среди животных. Соколы высматривают добычу с большой высоты, совы отслеживают движение мыши в темноте, альбатросы замечают признаки рыбы на поверхности океана, а перелётные виды ориентируются по ландшафту во время долгих маршрутов. Получается странная картина: ткань работает на пределе, но привычной системы кислородного снабжения в ней нет.
Сетчатка относится к самым энергозатратным тканям организма. В ней работают сложные сети нейронов, иногда больше ста разных типов клеток. Такая ткань может потреблять в два-три раза больше энергии, чем сопоставимый по массе участок мозга. Поэтому плотная сеть сосудов у человека и многих других позвоночных выглядит логично: кровь приносит кислород и вещества, из которых клетки получают энергию.
Новая работа, опубликованная в Nature в январе 2026 года, показала, что птицы не нашли тайный способ доставлять кислород во внутреннюю часть сетчатки. Эта часть глаза действительно живёт без кислорода. Энергию она получает через анаэробный гликолиз - менее эффективный, но достаточный для работы путь расщепления глюкозы.
Разница между двумя способами получения энергии огромная. Клетка может расщепить молекулу глюкозы без кислорода и получить две молекулы АТФ , главной энергетической валюты живых систем. При наличии кислорода пируват, продукт первого этапа, идёт дальше в цепочку реакций и даёт ещё около 30 молекул АТФ. Поэтому кислородное дыхание примерно в 15 раз эффективнее, а иногда и больше.
Именно кислород когда-то резко изменил эволюцию жизни. После появления фотосинтеза цианобактерии начали насыщать атмосферу этим газом. Организмы, которые научились использовать кислород, получили сильное энергетическое преимущество. Для сложных многоклеточных животных такая система стала почти обязательной: мозг, мышцы и органы обычно быстро выходят из строя без постоянной подачи кислорода.
Есть исключения. Голый землекоп может прожить до 18 минут без кислорода, используя особую схему анаэробного обмена с фруктозой. Некоторые черепахи и золотые рыбки переживают месяцы в воде с низким содержанием кислорода подо льдом. Но для активной нервной ткани полная аноксия, то есть отсутствие кислорода, обычно смертельна.
Именно поэтому птичья сетчатка так долго ставила биологов в тупик. В глазу птиц есть странная структура - гребешок глаза, или pecten oculi. Анатомы описали её ещё в XVII веке. Она похожа на складчатый гребень или радиатор, пронизана сосудами и имеет большую поверхность. Несколько веков учёные пытались понять, снабжает ли гребешок сетчатку кислородом, но прямых физиологических измерений не хватало.
Исследователи проверили эту идею на зебровых амадинах, голубях и курах. С помощью микросенсоров они измеряли уровень кислорода в разных частях глаза. Во внешней сетчатке, ближе к задней стенке глаза, кислород обнаружился. Во внутренней части, где сосудов нет, приборы показали ноль. Не следы кислорода, не слабое снабжение, а полноценную хроническую аноксию.
Затем учёные использовали пространственную транскриптомику. Этот метод показывает, какие гены активны в разных участках ткани. Во внешней сетчатке работали гены, связанные с обычным кислородным дыханием. Во внутренней части активными оказались гены, связанные с анаэробным обменом. Клетки не ждали кислород из неизвестного источника, а использовали другой способ добычи энергии.
Следующий вопрос касался глюкозы. Анаэробный гликолиз даёт мало АТФ, поэтому ткани нужно больше топлива. Исследователи привлекли специалистов по опухолевому обмену веществ, потому что раковые клетки часто используют похожую бескислородную схему . Анализ показал: внутренняя сетчатка птиц требует в 2,5 раза больше глюкозы, чем другие участки птичьего мозга.
Гребешок глаза оказался связан не с кислородом, а с подачей сахара. В этой структуре активно работали гены, отвечающие за транспорт глюкозы. Значит, гребешок, вероятно, помогает закачивать в сетчатку топливо для анаэробного гликолиза. Одновременно там были активны гены переносчиков молочной кислоты. Она образуется как побочный продукт анаэробного обмена и при накоплении может вредить ткани, поэтому её нужно быстро выводить.
Получается необычная система. Птичья сетчатка убрала сосуды из области, которая должна принимать свет, и перенесла снабжение в отдельную структуру. Вместо кислорода внутренняя сетчатка получает много глюкозы, производит энергию менее эффективным способом и избавляется от молочной кислоты через гребешок глаза.
Такой обмен кажется расточительным, но у него может быть важное зрительное преимущество. Кровеносные сосуды в сетчатке мешают изображению, даже если мозг обычно подавляет их тени. У птиц сосудов на пути света почти нет, поэтому фоторецепторы и нейронные слои могут получать более чистый сигнал. Для животных, которым нужно замечать добычу, хищников, ориентиры и партнёров на большом расстоянии, выигрыш в качестве зрения мог оказаться важнее потерь в эффективности обмена.
Учёные попытались понять, когда могла появиться такая система. Для сравнения они измерили кислород в сетчатке близких родственников птиц - китайских трёхкилевых черепах и широкорылых кайманов. У рептилий сетчатка показала обычные уровни кислорода, без признаков постоянного анаэробного гликолиза. Значит, бескислородная внутренняя сетчатка, вероятно, возникла после отделения птичьей линии от крокодиловой ветви, ещё в эпоху динозавров.
Точный эволюционный сценарий восстановить трудно. Возможное объяснение связано с тероподовыми динозаврами, которым острое зрение помогало следить за добычей и распознавать партнёров. Позже, когда птицы освоили полёт, способность сетчатки работать при низком кислороде могла помочь на высоте, где воздух разреженнее. Но пока это гипотеза, а не доказанный путь эволюции.
Открытие важно и для медицины. При инсульте или других нарушениях кровоснабжения ткань страдает именно от нехватки кислорода. Человеческий мозг выдерживает полную аноксию очень недолго, после чего клетки начинают гибнуть. Если биологи поймут, как сетчатка птиц всю жизнь поддерживает активную нервную ткань без кислорода, это может подсказать новые подходы к защите тканей при кислородном голодании.
Птичий глаз оказался не просто примером хорошего зрения, а редкой биологической системой, где активная нервная ткань постоянно живёт на обмене, который у человека включается лишь временно, например в перегруженных мышцах. Дальше исследователям предстоит проверить больше видов, включая перелётных птиц, и понять, насколько широко этот механизм распространён среди разных линий.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
