Тема:

Мозг человека и животных 1 месяц назад

Водоросли в мозгу: создано животное, способное выжить без воздуха

Головастик гладкой шпорцевой лягушки Xenopus laevis с фототрофами в кровеносных сосудах.

Головастик гладкой шпорцевой лягушки Xenopus laevis с фототрофами в кровеносных сосудах.
Фото The Scientist.

Исследователи из Германии и Швейцарии придумали, как оставить животное в живых, лишив его сердце и мозг доступа к кислороду. Для этого они подселили в кровоток головастиков южноафриканской лягушки цианобактерии и зелёные водоросли.

Эти фотосинтезирующие микроорганизмы могут создавать кислород самостоятельно. Благодаря такому вынужденному симбиозу, головастики смогли выжить в условиях нехватки кислорода в аквариуме.

При включённом освещении бактерии и водоросли в сосудах животных начали производить кислород из углекислого газа, что помогло поддержать работу мозга земноводных.

Авторы этой работы предполагают, что в отдалённой перспективе такие фототрофные организмы можно будет использовать для улучшения способностей человека (для контролируемого повышения уровня кислорода в мозге). Это может пригодиться, к примеру, для подводного плавания или космических путешествий.

Но самое важное, что подобную процедуру можно будет использовать для поддержания жизни пациентов, перенёсших травму мозга или инсульт.

Данный эксперимент является лишь первым шагом на этом сложном и важном пути. Но он, по крайней мере, доказывает, что подобное вообще возможно.

Бескислородный эксперимент

В ходе эксперимента исследователи ввели суспензию водорослей вида Chlamydomonas reinhardtii или цианобактерий Synechocystis sp. PCC6803 в сердца головастиков сразу после того, как у них появились передние конечности.

Их сердца перекачивали кровь, а вместе с ней и микроорганизмы по сосудам животных, в том числе в сосудистую сеть мозга.

Команда учёных обнаружила, что при включении в аквариуме с головастиками освещения концентрация кислорода в желудочках мозга животных, получивших инъекцию фототрофов повышалась.

У "необработанных" головастиков и у животных, получивших штаммы водорослей или цианобактерий с мутацией, не позволявшей им производить кислород, повышения концентрации кислорода в мозге замечено не было.

Когда исследователи удалили кислород из воды, в которой плавали животные, активность нейронов в их мозге закономерно прекратилась. Но затем деятельность мозга удалось возобновить, направив свет на животных, которым сделали "укол" микроорганизмов. Когда свет выключили, активность их нейронов снова прекратилась.

Недостатки работы

Несмотря на успех данного эксперимента, авторы работы отмечают, что перспективы его практического использования пока сомнительны.

Во-первых, исследование проводилось на животных с полупрозрачным телом, то есть свет легко проходил сквозь ткани, добираясь до сосудов мозга, что позволяло микроорганизмам в них производить необходимый кислород.

Чтобы использовать подобный метод с более сложными организмами, понадобится разработать способ "осветить" их мозг изнутри, что на данный момент представляет серьёзную техническую трудность. Не то чтобы неразрешимую, но всё-таки сложность.

К тому же мозгу может навредить не только нехватка кислорода (гипоксия), но и избыток кислорода (гипероксия). Несбалансированные уровни живительного газа могут привести к серьёзным повреждениям мозга.

Получается, невозможность контролировать уровень кислорода, вырабатываемого этими фотосинтезирующими организмами, может быть столь же опасной, как и сама гипоксия.

Чтобы лучше понять физиологические эффекты этого метода, исследователи планируют провести дополнительные эксперименты на изолированных образцах мозга.

Ближайшие перспективы

В ближайшем будущем исследовательская группа планирует сосредоточиться на изучении нескольких важных вопросов:

  • как воздействует внедрение фотосинтезирующих микроорганизмов на иммунитет подопытных животных;
  • как мозг головастиков использует сахара, производимые микроорганизмами.

Работа европейских учёных была опубликована в издании iScience.

Ранее мы писали о том, что при острой необходимости млекопитающие могут дышать… через анальное отверстие. Рассказывали мы и о животном, неспособном дышать и живущем без кислорода. Также мы сообщали о том, как микробы повлияли на земную атмосферу, и о том, что позволило цианобактериям выжить в условиях древней Земли и насытить атмосферу кислородом.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".