Сетчатка птиц работает без кислорода: разгадана многовековая биологическая загадка

Пектен — сосудистая структура в стекловидном теле глаз птиц, функция которой долгое время оставалась неизвестной. Автор: Aleksandrina Mitseva / Nature

Нервная ткань обычно быстро погибает без кислорода. Однако сетчатка птиц — одна из самых энергозатратных тканей в животном мире — постоянно функционирует без него. Это открытие может быть полезно при лечении пациентов с инсультом.

В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, международная группа учёных раскрыла, как птицы решили биологический парадокс. Исследователи показали, что внутренние части сетчатки птиц работают в условиях хронического кислородного голодания, полагаясь вместо этого на анаэробное производство энергии.

В то же время исследование опровергает давнее предположение о загадочной структуре в глазу, которая озадачивала учёных с XVII века.

Сетчатка птиц лишена кровеносных сосудов, что, как считается, улучшает остроту зрения. Но как она выживает без кровоснабжения, оставалось загадкой.

«Согласно всему, что мы знаем о физиологии, эта ткань не должна быть способна функционировать», — говорит биолог Кристиан Дамсгор, первый автор исследования.

Исследование показывает, что пектен поставляет глюкозу в сетчатку с гораздо большей скоростью, чем в мозг. Автор: Christian Damsgaard and Morten Busk, Aarhus University / Nature

В течение столетий считалось, что структура под названием пектен, богатая сосудами, снабжает сетчатку кислородом. Однако прямые измерения уровня кислорода в сетчатке птиц в нормальных физиологических условиях, проведённые командой в 2020 году, показали обратное: пектен вообще не доставляет кислород. Внутренние слои сетчатки существуют в состоянии постоянного кислородного голодания.

Чтобы понять, как сетчатка производит энергию, учёные использовали пространственную транскриптомику. Они обнаружили, что в лишённых кислорода внутренних слоях сетчатки высокоактивны гены, участвующие в анаэробном гликолизе — расщеплении сахара без кислорода.

Биолог Кристиан Дамсгор (справа) и профессор Йенс Рандель Нюенгор (слева). Автор: Peter F. Gammelby, Aarhus University

Этот процесс производит в 15 раз меньше энергии на молекулу сахара, чем кислородный метаболизм. Разгадка оказалась в пектене. Дальнейшие исследования показали, что он служит метаболическими воротами: доставляет в сетчатку огромное количество глюкозы и выводит обратно в кровоток лактат — побочный продукт анаэробного обмена.

«Пектен — это не поставщик кислорода. Это транспортная система для топлива внутрь и отходов наружу», — говорит Йенс Рандель Нюенгор.

Это открытие меняет понимание структуры, которую неверно интерпретировали веками. Эволюционно отсутствие сосудов в сетчатке даёт птицам оптическое преимущество. Учёные надеются, что понимание этого природного решения вдохновит на новые подходы к лечению заболеваний, связанных с кислородным голоданием тканей у людей, например, инсульта.