Wielki sekret małego polskiego ssaka rozwiązany. Nikt tak nie potrafi

Pierwsze informacje o zimowych zmianach masy ciała u ryjówek pojawiły się jeszcze w połowie XX wieku i zostały nazwane „zjawiskiem Dehnela”, na cześć polskiego zoologa Augusta Dehnela. To niezwykłe zachowanie może wynikać z mikrych rozmiarów ryjówki, osiągającej często mniej, niż 10 gramów wagi. Podczas, gdy wiele ssaków wybiera zimową hibernację i gromadzenie tłuszczu, maleńki ssak musi pozostawać aktywny. Ale aby ułatwić sobie przetrwanie zimą, zmienia kształt czaszki i zmniejsza rozmiary narządów, by zużywać mniej energii.

Gdy nadchodzi późna jesień, ryjówka aksamitna traci do 18 proc. masy ciała, w tym ok. 26 proc. masy mózgu, osiągając zimowy ‘rozmiar minimalny’. Na wiosnę następuje częściowe lub całkowite odbudowanie utraconej masy, w tym masy mózgu. Przez cały ten czas ryjówka pozostaje niezwykle aktywna. Obserwacje terenowe wskazują, że zwierzę żeruje niemal przez całą dobę - co najmniej co 2-3 godziny, bo wystarczy 10 godzin bez pożywienia, by zwierzę padło. Tempo przemian metabolicznych jest w jej przypadku jednym z najwyższych wśród wszystkich ssaków.

Mechanizmy odpowiadające za ten niezwykły sposób znoszenia zimowych mrozów pozostawały jednak dotąd słabo rozpoznane. Teraz jednak naukowcom udało się w genach ryjówki wypatrzyć te, które pomagają jej przetrwać zimę - i regulować rozmiary swojego mózgu. „Zidentyfikowaliśmy zestaw genów, które zmieniają ekspresję wraz z porami roku” pisze William Thomas ze Stony Brook University. “Zmiany te dotyczą zarówno homeostazy energetycznej, jak i ścieżek związanych z apoptozą, co może przyczyniać się do zmniejszania objętości mózgu.”

Badania wykazały, że w podwzgórzu ryjówki zachodzi sezonowa aktywacja i wyciszanie określonych genów, zwłaszcza tych odpowiadających za regulację energetyczną i obumieranie komórek (apoptozę). Autorzy opisują 333 zidentyfikowane geny silnie różnicujące się między jesienią a wiosną, co sugeruje dokładnie zaprogramowany cykl zmniejszania i przywracania tkanki mózgowej. Wśród nich znalazły się m.in. sekwencje BCL2L1 oraz NGF, kluczowe dla regulowania procesów śmierci komórek nerwowych.

„Znaleźliśmy zestaw genów, który zmienia się między jesiennym kurczeniem a wiosenną odbudową. Wiele z nich reguluje homeostazę energetyczną, a część odpowiada za mechanizmy komórkowej apoptozy” pisze William Thomas w badaniu opublikowanym jako preprint w czasopiśmie eLife.

Gatunki o podobnej wielkości, takie jak myszy czy chomiki, często wybierają hibernację. Ryjówka aksamitna, ważąca zaledwie 5–12 g i osiągająca 6,5–8 cm długości ciała, nie ma dostatecznych rezerw tłuszczu, by przetrwać bez aktywnego żerowania. Z tego powodu, ten ssak woli zachować mobilność i zdolność do żerowania, jednocześnie radykalnie zmniejszając zapotrzebowanie energetyczne poprzez redukcję szybko zużywających paliwo narządów”.

W efekcie, zamiast przesypiać trudne warunki, ryjówka poluje na owady, pajęczaki czy ślimaki na terytorium o promieniu do 630 metrów od gniazda i stara się intensywnie uzupełniać wysokie straty energii. Drastyczna redukcja masy ciała i mózgu na chłodniejsze miesiące obniża dobowy wydatek energetyczny, co daje zwierzęciu kilka dodatkowych „godzin oddechu” w przypadku, gdyby na krótko zabrakło pożywienia.

Zespół badaczy z USA, Niemiec i Danii zwrócił uwagę na potencjalne powiązania odkrytych mechanizmów genetycznych z procesami chorobotwórczymi u ludzi, zwłaszcza w kontekście schorzeń jak choroba Alzheimera. „Nasze badania ujawniły interesujące podobieństwa w kilku genach kontrolujących synapsy i metabolizm, związanych także z ludzkimi zaburzeniami neurologicznymi” piszą autorzy.

Wymieniają tu między innymi gen GPR3, który – przy nadmiernej aktywacji – sprzyja odkładaniu się szkodliwych złogów białkowych w neuronach, co przypomina przebieg choroby Alzheimera. Z drugiej strony, ten sam gen odpowiada za tworzenie neuronów w trakcie dojrzewania mózgu, a jego obniżona ekspresja u myszy miała wiązać się z „późno pojawiającą się otyłością”.

Badacze podkreślają znaczenie, jakie dla całego procesu ma aktywność podwzgórza, czyli regionu mózgu odpowiadającego za regulację metabolizmu. „Sezonowa zmiana aktywności setek genów w podwzgórzu sugeruje, że ryjówka, zamiast dążyć do typowego dla innych ssaków zimowego ograniczenia funkcji życiowych, maksymalizuje zdolność reagowania na każdą szansę zdobycia pokarmu” pisze Troy Richter z University of Massachusetts w Bostonie.

Ryjówka aksamitna rzadko żyje dłużej, niż rok, za to błyskawicznie przechodzi okres rozrodczy i wydaje na świat potomstwo już wiosną. Ciąża trwa 19–21 dni, a na świat przychodzi 5–9 młodych, które są w pełni samodzielne po trzech tygodniach. Badacze sugerują, że ten cykl intensywnej aktywności, wysokiego metabolizmu i szybkiej reprodukcji może prowadzić do „wysokiej presji selekcyjnej na efektywne gospodarowanie energią”.

„Fakt, że osobniki giną krótko po odchowaniu młodych, jest tu niemal regułą” – podkreślają uczeni. W ten sposób gatunek unika długotrwałego gromadzenia tłuszczu czy wielomiesięcznej hibernacji, wykorzystując „przejściowe” kurczenie się mózgu.

Mechanizmy te są dalej badane, ponieważ – jak twierdzi Thomas we wspomnianym preprincie – „mogą być pomocne w opracowaniu nowych sposobów leczenia chorób. „Mamy tu potencjał przełomowych odkryć, bo jeśli da się mechanizmy celowej neurodegeneracji i neurogenezy ‘wyłączyć’ oraz ‘włączyć’ sezonowo, to istnieje szansa na zrozumienie wielu procesów patologicznych u innych ssaków” – wyjaśnia Liliana M. Dávalos ze Stony Brook University. Wiele pytań pozostaje jednak otwartych. Naukowców interesuje zwłaszcza to, w jaki sposób ryjówka „regeneruje” mózg i inne narządy na wiosnę, nie ponosząc przy tym najwyraźniej drastycznych kosztów poznawczych.