Интересно прояснить, как именно адаптируются к лютому холоду такие животные, как полярные медведи (их среда обитания противоположна жаркому климату пустыни, где пребывают верблюды, о которых мы говорили в разделе «Игра в „горячую картошку“: электрон-транспортная цепь (ЭТЦ)»). Белые медведи обитают только в Арктике, где они проводят большую часть времени, перемещаясь по ледяным полям. Популяции этих удивительных хищников обнаружены в самых суровых районах США (штат Аляска), Канаде, России, Гренландии и Норвегии. Температура там понижается до 55 °C ниже нуля, а скорость ветра достигает 50 км/ч.
Обладая толстым подкожным слоем бурого жира (известного также как медвежий жир), белые мишки не только являются превосходными пловцами (в этом им помимо жира помогают два слоя плотного, масляного и водонепроницаемого меха), но и могут генерировать большое количество тепла, обогревая себя изнутри.
Потребность во внутренней печке приводит к тому, что примерно половина потребляемой белым медведем пищи используется исключительно для производства тепла. Чем холоднее становится арктическая зима, тем больше медведь должен есть, чтобы сохранять тепло. Активное накопление жира (особенно бурого), потребление жира (прежде всего, тюленьего) и его сжигание в целях получения тепла означают, что белый медведь редко нуждается в питье воды. Он удовлетворяет свою потребность в воде, извлекая ее из пищи и из сжигаемых жировых накоплений (вспомним, что комплекс IV, находясь в конце ЭТЦ, представляет собой, среди прочего, генератор воды). Если вы видите белого медведя, пьющего воду, значит, он крайне истощен и уже долгое время голодает. Также интерес вызывает следующий факт: в результате глобального потепления и изменения климата, повлекших за собой сокращение площади ледяного покрова — среды обитания белых медведей, — эти животные вынуждены тратить больше энергии на то, чтобы плавать между льдинами, охотясь на тюленей. В результате у них остается меньше жира для производства тепла. Кроме того, исследователи отмечают, что в отсутствии морской добычи белым медведям приходится искать себе пищу на суше, где им трудно преследовать жертв, и поэтому мишки довольствуются птичьими яйцами, которые не могут обеспечить их необходимым количеством жира.
Согласно Лэйну, изучение бурого жира также помогает объяснить некоторые различия в подверженности болезням между расами и этносами. Как мы уже знаем, митохондрии представляют собой ключ к дегенеративным болезням и старению. Механизм же разобщения клеточного дыхания и фосфорилирования по-разному эволюционировал у представителей тех или иных этнических групп. Изучив эскимосскую популяцию на Крайнем Севере, исследователи выяснили, что эскимосы обладают сравнительно большим количеством бурого жира. Не нужно быть ученым, чтобы понять, почему это так. Подобно белым медведям, другие обитатели арктических земель нуждаются в мощном внутреннем источнике тепла, чтобы противостоять стуже. Благодаря обширным запасам бурого жира митохондрии, живущие в организме эскимоса, выделяют относительно немного свободных радикалов. Неудивительно, что эскимосы существенно реже, чем представители западных этносов, страдают от дегенеративных болезней, таких как сердечная недостаточность.
С другой стороны, представители негроидной расы, чьи предки жили в обжигающей жаре экваториального солнца, явно не нуждаются в интенсивном выделении внутреннего тепла и, соответственно, обладают малым запасом бурого жира. Их митохондрии являются плотными, и большая часть соответствующего протонного градиента используется для генерации АТФ и энергии, а не тепла. К сожалению, это влечет за собой появление роя свободных радикалов, и поэтому, например, афроамериканцы в гораздо большей степени, чем другие жители Америки, подвержены дегенеративным заболеваниям. Физические упражнения и активный образ жизни критически важны для тех людей, чье генеалогическое древо по материнской линии укоренено в экваториальных краях (напоминаю, что митохондрии передаются по материнской линии). Они должны постоянно использовать свои АТФ. Конечно, митохондрии — только часть сложного пазла, так как есть множество других физиологических, эпигенетических и социоэкономических факторов нахождения представителей негроидной расы в зоне риска дегенеративных болезней. Но у ученых открылись глаза, когда было доказано, что некоторые из важных феноменов как минимум объясняются различиями в области митохондриальной генетики.
Могу говорить только за себя, но я нахожу все это чрезвычайно увлекательным! Надеюсь, вы тоже. Что ж, теперь, когда вы посвящены в историю эволюции митохондрий (и вообще в их мир, играющий столь важную роль в нашем человеческом мире), давайте узнаем, как митохондрии влияют на болезни.
2. Темная сторона Силы. Нарушения, связанные с дисфункцией митохондрий
Мы уже ответили на вопрос, почему генерация энергии митохондриями является основой здоровья и благополучия, а также необходима для физической, жизненной силы и даже сознания. Мы знаем, что нарушения функционирования митохондрий (пусть они будут слабыми и невыраженными) могут вызывать слабость, повышенную утомляемость и когнитивные проблемы. Также мы знаем, что определенные химические вещества, мешающие работе митохондрий, — это потенциальные яды. Наука утверждает, что прекращение полноценной работы митохондрий представляет собой основную причину не связанных друг с другом на первый взгляд дегенеративных болезней и даже процесса старения как такового.
В этом разделе я сосредоточусь, прежде всего, на темной стороне митохондрий — последствиях для здоровья, связанных с дефектными митохондриями. Я должен, однако, сейчас оговориться, что изложенная мной ниже информация далека от исчерпывающей. По большому счету мы исследуем только верхушку айсберга. Я предлагаю общий обзор проблематики, который позволит вам еще в большей степени оценить важность митохондрий в нашей жизни — как в отношении здоровья, так и болезней. Некоторые из заболеваний, о которых мы поговорим, являются генетическими (и входят в группу митохондриальных заболеваний), в то время как другие приходят извне (речь идет о вирусных инфекциях, загрязнениях окружающей среды, чрезмерном потреблении калорий, естественном старении и о многом другом).
Кратко о биоэнергетике
Биоэнергетика — это раздел биологии, изучающий совокупность процессов преобразования внешних ресурсов в биологически полезную работу (энергетические процессы) живых организмов. Это важная область знаний, так как проблемы с производством и использованием энергии являются ключевой причиной возникновения многих болезней, в которых митохондрии играют ключевую роль (как мы в ближайшее время убедимся).
Несмотря на то что ученые многое знают об АТФ, терапевты и другие врачи в целом не представляют себе, как использовать эти теоретические знания на практике. Давайте сначала обратимся к сердцу, которое использует для одного своего биения примерно 0,7 г АТФ и позволяет сердечной мышце сокращаться со скоростью около 60 раз в минуту или 1 раз в секунду. В таком режиме, сравнительно медленном даже для «здоровых» людей, сердце сокращается 86 400 раз в сутки. Сердце ежесуточно нуждается в 6000 г АТФ и пополняет свои энергетические запасы 10 тысяч раз в 24 часа! Но как оно расходует столь чудовищное количество энергии?
