Тайны еды: три поучительных исследования на тему питания
Одно из главных занятий всего живого на нашей планете — это найти съедобное и съесть его. Кто-то может сказать, что размножение — более фундаментальное свойство жизни, но если организм не умеет превращать элементы окружающей среды в нечто подобное себе, то и размножение теряет всякий смысл. Неудивительно, что и на субъективном уровне питание составляет огромную долю жизненного опыта у разных созданий. Клещи, к примеру, больше вообще почти ничего не умеют, а у насекомых обычно есть личиночная стадия, единственная миссия которой — жрать (взрослая стадия может в принципе делать что-то еще, но пожрать иногда тоже не отказывается).
Тут можно было бы сказать, что у человека все сложнее: у него есть духовная жизнь. Но с ней тоже не все так просто, и тут мы естественным образом переходим к рассказу о первом исследовании из нашего обзора научных новостей.
О пользе постов и праздников
Духовная жизнь у людей, конечно, есть, но сотни миллионов лет эволюции берут свое, и к еде мы тоже относимся очень серьезно — хотя бы на подсознательном уровне. Преломляясь через призму пресловутой духовности, это отношение порождает иллюзию, что с помощью еды — выбора определенных продуктов, отказа от других продуктов или временных ограничений в питании — можно как-то изменить свою жизнь, даже если вы совершенно здоровый человек.
Сразу скажем, что научных подтверждений этой идеи, во всех ее многообразных вариациях, до смешного мало. Но общественный запрос существует, и ученые стараются как могут. Вот одна из проблем, над которой они бьются: в чем польза поста? Приверженцы разных религий наперебой рассказывают, как замечательно иногда ограничивать себя в пище и как это влияет не только на взлеты духа, но и на здоровье тела. А когда биологи начинают разбираться, выясняется банальная штука: быть сытым лучше, чем голодным, а если не есть совсем, то умрешь. Весь животный мир согласно кивает. Откуда же тут польза?
Биологи уже давно исследуют эту проблему, ставя опыты на мышах: не дают им есть в течение некоторого времени и смотрят, что меняется в их организме. В 2018 году Омер Йилмаз из Массачусетского института технологий получил данные, что в это дело как-то вовлечены стволовые клетки: при голодании они начинают сжигать жиры вместо углеводов, и это служит сигналом для ускоренного восстановления тканей внутренних органов.
Но что-то не сходилось: эффект наступал как-то несинхронно с голоданием. Но может быть, доктор Йилмаз не там искал и надо мыслить проще? Может, в этих непритязательных пиршествах после поста, а вовсе не в нем самом, и кроется неуловимая польза?
Мышей разделили на три группы: у первой брали стволовые клетки сразу после суточного поста (для мыши это долго), второй давали еще сутки, чтобы как следует поесть, третья группа ела в обычном ритме. Эксперимент подтвердил догадку: вторая группа оказалась абсолютным чемпионом по регенерации тканей кишечника и внутренних органов. Их стволовые клетки включались на полную катушку именно в тот момент, когда после вынужденного голодания грызунам наконец-то давали поесть от пуза.
Скороспелые выводы — например, о пользе обжорства в противовес разумному воздержанию — в науке неуместны. Всё наверняка не так просто, и сами авторы статьи указывают, к примеру, что активация стволовых клеток может иметь и негативную сторону: возрастает риск возникновения злокачественных опухолей. Однако вот что любопытно: именно эта часть исследования, про онкологические риски, показалась некоторым популяризаторам самой важной. И в самом деле, всем же известно, что воздержание полезно, а невоздержанность губит тела и души. Именно об этом хотят прочесть читатели, и популяризатору никак нельзя их разочаровывать.
Вот и мы тоже упомянули о рисках, которым подвергаются разговляющиеся после поста мыши. А о том, как это все соотносится с нашими человеческими практиками, вести серьезный разговор еще слишком рано. Да и вообще эта история рассказана скорее для забавы, хотя к диетологии мы относимся с уважением — серьезная наука обычно интереснее.
Человек как пища: искусство подачи
Что делают комары, когда в лесу нет людей? Любознательный ребенок, приставший к взрослым с таким вопросом, может услышать в ответ, что в отсутствие человека комар кусает лисичку, ежика или лося. Это отчасти решает проблему, однако нам, всеядным приматам, действительно сложно себе представить мир существ, для которых еда — это строго что-то одно (например, вы), а все остальное — так, декорации. Можно вообразить, что у таких существ все органы чувств должны быть заточены под поиск этой самой еды (в случае комара — животных, и далее — кровеносных сосудов у них под кожей).
Как ни странно, до поры до времени зоологи недооценивали арсенал способов, которые при этом используются. Когда-то считалось, что комар находит свою жертву по запаху пота и кожных выделений. Это чистая правда, но не вся. Комар (как, кстати, и клещ) также ориентируется и на небольшое повышение концентрации углекислого газа в тех местах, где кто-то дышит. Небезразлична ему и испаряемая кожей влага. А еще у него есть зрение, и он все прекрасно видит, причем даже предпочитает более спокойных клиентов тем опасным существам, которые все время лихорадочно шлепают себя по обнаженным участкам тела. И вот наконец выяснилось, что комар — точнее, самка комара, собирающая пропитание для своих будущих комарят, то есть для развивающихся яиц, — воспринимает инфракрасное излучение от человеческого тела.
Крейг Монтелл и его коллеги из Университета Калифорнии (Санта Барбара) быстро догадались, почему это не удалось выяснить раньше: к инфракрасному излучению как таковому комарихи совершенно равнодушны. Даже если температура источника (а значит, и длина волны излучения) соответствует температуре человеческой кожи (около 34 градусов), этого мало. А вот если налицо и аромат тела, и повышенная концентрация углекислого газа, и влажность, тогда инфракрасная приманка увеличивает число претендентов на кровавую трапезу в два раза.
Комарихи чувствуют излучение на расстоянии около 70 см, и статью доктора Монтелла и его коллег никто не принял бы всерьез, если бы исследователи не объяснили, как насекомые это делают. Суть в том, что длина волны инфракрасного излучения наших тел очень велика — в 15 раз больше длины волны обычного красного цвета. Большая длина волны — маленькая энергия фотона. Для обычного родопсина, зрительного пигмента, такие фотоны незаметны. Но у комарихи есть другой механизм, локализованный в кончиках антенн (если оторвать ей антенны, способность чуять инфракрасное сразу исчезает). Там расположены нейроны, чувствительные даже к самому легкому нагреву. Нашли и белок, который определяет эту чувствительность: если у комарихи разрушить ген TRPA1, чувство инфракрасного опять же пропадает. Наконец, выяснили и детали механизма: сенсор излучения, содержащий белок TRPA1, находится в ямке на кончике антенны. Двигая антенной, насекомое способно наводить свой прибор на источник тепла и точно определять направление.
Почуяв излучение и все остальные притягательные свойства вкусного блюда, комариха летит к их источнику, находит сосуд покрупнее и поближе к коже и впивается в нее. Но не всегда, а только если она голодна и только что отложила яйца. Чтобы не запутаться в графике еды и размножения, у комарихи есть два гормона (один подавляет аппетит, другой, наоборот, стимулирует), в которых недавно разобрались авторы другой научной работы, энтомологи из Университета Джорджии во главе с Майклом Стрэндом.
Об этой работе можно было и не упоминать, но знаете что: вы вообще комара видели? Он маленький. А внутри маленького комара есть пищеварительная система, еще меньше, а внутри нее — энтероэндокринные клетки, которые и продуцируют гормоны, и именно в этой миниатюрной глубине копались энтомологи. Они даже вводили комарам очищенные гормоны-нейропептиды — вот уж где нужна определенная ловкость рук.
Лезть настолько глубоко в частную жизнь комара ученым понадобилось по следующей причине: этот комар, Aedes aegypti, переносит желтую лихорадку, лихорадку денге и зика, вызывая в общей сложности сто миллионов заболеваний каждый год. Это вам не за грибами сходить и пару раз шлепнуть себя по шее — практическая значимость не вызывает вопросов. Но причина нашего восхищения не только в этом: это же надо было настолько глубоко закопаться в природе, чтобы разложить по полочкам явление столь малое во всех смыслах, как аппетит комара.
Искусство думать о еде
Как мы видели выше, более сложные существа вроде нас с вами склонны думать о еде что-то сложное, а иногда как будто думают вообще не о еде, а о чем-то еще. Существа попроще вроде комаров думают только о еде, и весьма незатейливо. Но есть на свете животные, которым даже самые простые мысли даются нелегко, причем по банальной причине: у них нет нервной системы (не говоря уже о мозге), с помощью которой вообще можно думать. Таковы, к примеру, стрекающие — к ним относятся медузы и пресноводный полип гидра.
На самом деле нейроны-то у них есть, и они даже соединяются друг с другом (строго говоря, из всех животных лишь у губок совсем-совсем нет нервной системы, а про стрекающих зоологи стараются все же так не говорить). Но беда в том, что их нейроны не объединены в общую сеть. Такую нервную систему из вежливости называют диффузной. У гидры есть отдельные популяции нейронов во внутреннем и внешнем слое клеток (эндодерме и эктодерме). И вот вопрос: как с такими скромными ментальными ресурсами можно о чем-то думать — даже просто о еде?
Между тем гидра определенно умеет думать о еде. А именно, когда она голодна, то делает характерные движения щупальцами и тянется к свету. А когда сыта, активность заметно снижается. Это значит, что разрозненные нейроны полипа могут как-то собирать информацию о метаболическом статусе своего хозяина («голодно-сыто») и отдавать телу соответствующие руководящие указания. Именно этой загадкой и занялись исследователи из Зоологического института Киля в Германии во главе с профессором Томасом Бошем — и разгадали ее.
Вот как работает мышление гидры: внутренняя (эндодермальная) популяция нейронов активизируется, когда в пищеварительной системе есть какая-то еда — ее фрагменты механически стимулируют нервные клетки. Внешние нейроны, напротив, активны в тот момент, когда гидра тянется к свету, машет руками-щупальцами и открывает свой, с позволения сказать, рот — им наличие еды внутри животного вообще не интересно, они командуют движением.
Как же эти группы нейронов общаются друг с другом? Исследователи считают (хотя и не уверены на сто процентов), что в этом участвует гормон-нейротрансмиттер — пептид, выделяемый эндодермальными нейронами и активирующий нейроны внешнего слоя. Про этот пептид и раньше знали, что он как-то связан с движением у стрекающих, так что модель принимает стройные очертания. Нейроны внутреннего слоя «знают», что гидра сыта, по тому, что внутри у нее есть частицы пищи. Они интегрируют эту информацию и выдают химический сигнал, достигающий внешних нейронов. А те уж, в свою очередь, командуют телом полипа — надо ли ему двигаться или можно отдохнуть.
Аппетит комаров ученые изучали потому, что пищей комаров часто бывают люди; лечебное голодание мышей также интересно не само по себе, а в связи с человеческими практиками питания. Зачем же в таком случае изучать аппетит гидры?! На самом деле, из всего перечисленного история с гидрой здесь интереснее всего, потому что в ней речь вообще не столько о еде, сколько о сознании. Физиологи из Киля приоткрыли тайные механизмы работы простейшей из нервных систем. Оказалось, в ней есть зачатки всего, что есть и в нашем мышлении: интеграция внешних стимулов, коммуникация нейронов через нейротрансмиттеры, формирование поведенческих паттернов. А о том, чем именно интересно наше с вами мышление, я, пожалуй, много писать не стану. Как минимум мы способны думать не только о еде, и тут уже есть интрига.
Автор Алексей Алексенко