Физиологи МГУ выяснили, откуда начинается биение змеиных сердец
Исследование проходило в рамках работы НОШ МГУ «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология» и было поддержано Российским научным фондом. Его результаты опубликованы в Journal of Experimental Biology.
Данные об устройстве разных организмов позволяют учёным выяснять, как в ходе эволюции развивались те или иные системы и органы и, соответственно, лучше понимать устройство человеческого тела и его возможности. Появление сердечно-сосудистой системы у животных позволило существенно усложнить строение тела и приобрести узкую функцию органам и тканям. До этого каждая клетка добывала себе питание и кислород самостоятельно, а после у них появилось центральное снабжение, и ткани смогли специализироваться на более узких задачах.
Впервые сердечно-сосудистая система появилась у беспозвоночных животных. У большинства из них движение крови обеспечивается более или менее ритмичной пульсацией стенок сосудов, а клетки, задающие ритм этой пульсации, расположены неупорядоченно. В сердцах позвоночных животных пейсмекерные клетки, генерирующие электрическую активность с определенным ритмом, обретают чёткую локализацию и формируют пейсмекерные структуры. Детально этот вопрос исследован у разных представителей млекопитающих, а вот другие классы позвоночных, особенно рептилии, исследованы значительно хуже.
«Прошло уже более ста лет с тех пор, как было выяснено местоположение водителя ритма в сердцах млекопитающих. К настоящему времени эта структура, называемая синоатриальный узел, исследована “вдоль и поперек”. А вот где рождается сердечный ритм у рептилий, толком не было понятно до сих пор. И это существенный пробел, из-за которого нельзя составить целостную картину эволюции структурно-функциональной организации сердец позвоночных животных, – рассказал первый автор исследования, ведущий научный сотрудник кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ Денис Абрамочкин. – Поэтому, когда датские коллеги из Университета Орхуса предложили провести исследование на замечательных и весьма дорогостоящих животных, которыми располагает виварий их университета, я согласился с радостью».
Хорошо известно, что у млекопитающих пейсмекерные клетки собраны в специальную высокоспециализированную компактную структуру, синоатриальный узел, расположенный в месте впадения верхней полой вены в правое предсердие. Напротив, у организмов с просто организованными сердцами, например, у аннелид, пейсмекерные клетки диффузно разбросаны по всему сердцу. Пейсмекер сердца рыб занимает среднее положение между двумя этими крайностями – он имеет вид кольца, окружающего основания створок синоатриального клапана, отделяющего предсердие от венозного синуса. У змей же, судя по полученным данным, имеется достаточно компактная пейсмекерная структура, располагающаяся в основании правой створки синоатриального клапана. Хотя в определенных условиях, например, под воздействием нейромедиаторов ацетилхолина и норадреналина, и другие участки миокарда вблизи синоатриального клапана могут становиться ведущим водителем сердечного ритма. Важно отметить, что пока неясно, насколько сходно со змеями устроены пейсмекеры сердец других основных групп рептилий, особый интерес представляют черепахи и крокодилы.
«Можно заключить, что пейсмекер сердца питона по своей организации занимает промежуточное положение между синоатриальным узлом млекопитающих и кольцевым пейсмекером сердец рыб, – подытожил Денис Абрамочкин. – Эти данные подтверждают гипотезу о том, что главным трендом в эволюции сердечных пейсмекеров является их компактизация – переход от диффузно расположенных пейсмекерных клеток к анатомически оформленной структуре».
