Открытие, которое переворачивает физиологию: гормон стресса найден у древних хрящевых рыб

Кортизол — это гормон, который помогает людям и многим животным регулировать энергопотребление и реагировать на меняющиеся условия. У акул и скатов, как долго считалось, эту роль выполняет другой стероидный гормон. Однако новое исследование мелких акул — северо-тихоокеанского колючего собачьего вида — оспаривает эту точку зрения.

Ученые из Университета Манитобы и Центра морских наук Бэмфилда в Канаде обнаружили кортизол в крови акул после экспериментов с разбавленной морской водой или антибиотиками. В ней также приводятся молекулярные доказательства, указывающие на способность акул вырабатывать кортизол. Выводы касаются одного вида, и остается открытым вопрос, распространяется ли эта способность на других акул и скатов.

Откуда взялось убеждение об отсутствии кортизола

Идея о том, что у акул и скатов нет кортизола, возникла из исследований 1960-х и 1970-х годов. Тогда ученые выявили похожий стероидный гормон под названием 1α-гидроксикортикостерон и предположили, что более ранние измерения кортизола могли ошибочно обнаружить именно этот другой гормон.

Чтобы снизить риск путаницы, команда разделила компоненты в образцах крови собачьей рыбы с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии перед измерением уровня гормонов. Независимый анализ с использованием жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией подтвердил наличие кортизола в двух образцах.

Эксперименты: разбавленная вода и антибиотики

В одном из экспериментов собачьих рыб, собранных у берегов Британской Колумбии, помещали в разбавленную морскую воду на 48 часов, а затем возвращали в нормальную. До контакта команда обнаружила кортизол только у одной акулы. Из пяти акул, наблюдаемых в процессе восстановления, у всех был обнаружен кортизол через 36 часов, тогда как только у одной — через 72 часа. Средние концентрации существенно не различались в течение времени восстановления, включенного в статистический анализ. Такая прерывистая обнаруживаемость может объяснять, почему ранние исследования упускали этот гормон.

Исследователи также изучили межпочечную железу — орган, вырабатывающий стероидные гормоны. Они выявили молекулярные сообщения о ферменте, участвующем в синтезе кортизола, что дополнительно подтверждает возможный путь образования. Правда, пока не проверено, активен ли фермент в ткани.

Возможная роль бактерий

Эксперименты команды были мотивированы более ранними результатами, указывающими на то, что разбавленная морская вода и антибиотики могут нарушать микробную активность в тканях кишечника собачьей рыбы. Исследователи задавались вопросом, могут ли бактерии в межпочечной железе трансформировать кортизол, ограничивая количество поступающего в кровь гормона.

В отдельном эксперименте они ежедневно в течение пяти дней вводили собачьим рыбам антибиотики или морскую воду. Через три дня после окончания лечения кортизол был обнаружен у животных, обработанных антибиотиками, но не обнаруживался в сравнительной группе. При этом статистические тесты не установили значимого эффекта лечения на концентрации кортизола. Неопределяемые уровни также не обязательно означают, что гормон полностью отсутствовал.

Исследователи обнаружили бактериальный генетический материал в межпочечной железе, но не смогли установить, нарушало ли лечение бактерии там. Высокое содержание жира в железе мешало попыткам измерить активность микробных ферментов. Анестезия, обращение с животными и кормление через зонд также могли вызвать гормональную реакцию. Гипотеза о том, что бактерии поддерживают низкий уровень кортизола в циркуляции, остается неподтвержденной.

Что показали эксперименты с имплантатами

Чтобы изучить возможную функцию кортизола, команда провела еще один эксперимент. Шести акулам поставили имплантаты с кортизолом, растворенным в кокосовом масле, и еще шести — имплантаты только с этим маслом. Кровь собирали перед лечением и в течение следующих 72 часов.

В целом у акул, обработанных кортизолом, обнаружили более низкий уровень глюкозы в крови по сравнению с контрольными животными. Это указывает на влияние гормона на регуляцию уровня сахара в крови. Однако команда не устанавливала разницу при каждом отборе. Кортизол мало влиял на солевой баланс крови, хотя мочевина — вещество, помогающее акулам удерживать воду, — кратковременно увеличилась через 24 часа.

Контекст: гормональная система акул

Акулы и скаты относятся к хрящевым рыбам — древней группе позвоночных, чья эволюционная история насчитывает сотни миллионов лет. Их эндокринная система давно привлекает внимание ученых как возможная модель примитивного стрессового ответа позвоночных.

Основным циркулирующим кортикостероидом у акул и скатов считается 1α-гидроксикортикостерон. Он выполняет функции, связанные с солевым балансом. Однако его роль как глюкокортикоида — гормона, регулирующего энергетический обмен, — оставалась неясной. Некоторые исследования показали, что кортизол и синтетические кортикостероиды могут влиять на уровень глюкозы у некоторых видов акул, что указывает на наличие соответствующих рецепторов.

Что это меняет

В совокупности результаты команды намекают на возможную метаболическую роль кортизола у собачьих рыб. Будущие исследования могут дополнительно изучить естественные триггеры и функции гормона, а также попытаться определить, поддерживают ли его производство другие акулы и скаты.

Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the Royal Society B.

Изображение: afsc.noaa.gov / ru.wikipedia.org / Общественное достояние