Кажани-вампіри: як отримати максимум із крові

Коротко:

• Кажани-вампіри живляться лише кров’ю, яка містить багато води й білка, але мало цукру та жиру.
• Під час фізичних навантажень вони швидко спалюють амінокислоти з крові як основне паливо.
• Через малі запаси енергії кажани-вампіри мають харчуватися майже щодня й можуть ділитися кров’ю з голодними родичами.

Кажани-вампіри — єдині ссавці, які живуть, харчуючись лише кров’ю. Кров майже повністю складається з води й білка та містить дуже мало цукру або жиру — речовин, на які більшість тварин покладається для отримання енергії. То як кажани-вампіри забезпечують енергією політ або непомітне переслідування, потрібне для пошуку наступної їжі? Щоб це з’ясувати, науковці посадили кажанів на крихітні бігові доріжки й годували їх кров’ю зі спеціальними «мітками», щоб відстежити, як використовується їжа. Результати показали, що кажани-вампіри унікальні: вони можуть безпосередньо й швидко спалювати білок як паливо, навіть під час фізичних навантажень. Такий незвичний «харчовий прийом» поширений серед кровосисних комах, але раніше його не спостерігали у ссавців. Однак високобілковий раціон — неефективний спосіб запасати енергію, тому кажани-вампіри мають харчуватися майже щодня. Ці відкриття показують, як екстремальний раціон може дивовижно змінювати тіло й соціальне життя тварин.

Кров: складна їжа для виживання

Попри те, як їх зображують у фільмах, кажани-вампіри не хочуть завдати вам шкоди. Але вони справді п’ють кров. Фактично це їхнє єдине джерело їжі. Така незвична стратегія живлення називається гематофагією. Утім, кров’ю людей вони харчуються рідко, якщо взагалі харчуються.

Кажани-вампіри живуть у Латинській Америці й зазвичай живляться вночі: підкрадаються до сплячих тварин і випивають крихітну кількість теплої крові. Хоча вони чудово літають, під час годування звичайні кажани-вампіри вдаються до непомітнішого способу пересування: повзуть і навіть бігають по землі швидким галопом, наближаючись до нічого не підозрюючих жертв [1]. Їхні укуси маленькі й безболісні, тому господар не прокидається. У слині кажанів міститься природний розріджувач крові — антикоагулянтний білок. Зазвичай кров згортається, тобто стає твердою, щоб закрити рану, але антикоагулянт перешкоджає цьому, і кров продовжує текти, поки кажан її п’є [2].

Такий спосіб живлення справді унікальний серед ссавців! Більшість тварин, зокрема люди, отримують енергію із цукрів (вуглеводів) і жирів. Але людям потрібен певний час, щоб перетравити їжу й переробити її, перш ніж ця енергія стане доступною, тоді як деякі тварини можуть майже миттєво використати свіже паливо. Наприклад, кажани, які живляться нектаром, і плодоїдні кажани п’ють солодкий нектар, а потім майже одразу спалюють цукри, щоб забезпечити енергією політ. Схоже, кажани-вампіри роблять щось подібне, хоча їхній раціон дуже відрізняється. Їхнє тіло пристосоване до споживання й перетравлення крові, а не фруктів чи комах.

Однак кров переважно складається з води й білка та містить дуже мало цукру або жиру. Уявіть, що ви можете їсти лише воду й білок, але все одно маєте займатися спортом. Ваші м’язи кричали б: «Мені потрібне швидке паливо — цукри й жири. Що мені робити з одним лише білком?!» Цікаво, що шлунок і кишечник кажанів-вампірів можуть швидко переробляти кров завдяки спеціалізованим транспортним білкам і сильним шлунковим кислотам, які швидко розщеплюють білки крові та всмоктують воду [3, 4]. На відміну від більшості інших тварин, кажани-вампіри мають м’язи, пристосовані до спалювання амінокислот — будівельних блоків білків, — а не цукрів. Іншими словами, кажани-вампіри можуть швидко перетворювати білок крові на придатну для використання енергію. Головне питання полягає не в тому, чи дає кров кажанам-вампірам достатньо енергії, а в тому, як швидко вони можуть всмоктувати поживні речовини зі свіжої крові й перетворювати їх на енергію для інтенсивних дій, таких як біг і політ.

Щоб відповісти на це питання, науковці розробили дотепний експеримент із крихітними біговими доріжками для кажанів (рисунок 1). Це може нагадувати щось із кумедного мультфільму, але саме так вони й розкрили таємницю отримання енергії кажанами-вампірами.

Велике питання про енергію

У дикій природі кажани-вампіри часто бігають по землі, переслідуючи здобич. Знаючи це, дослідники встановили мініатюрну бігову доріжку всередині камери, щоб виміряти метаболізм кажанів-вампірів. Вони спіймали 24 здорових кажанів-вампірів і нагодували їх коров’ячою кров’ю. У деяких випробуваннях до крові додавали амінокислоти гліцин або лейцин. Гліцин — замінна амінокислота, тобто тіло кажана може виробляти її самостійно, а лейцин — незамінна амінокислота, яку кажан має отримувати з їжі.

Обидві амінокислоти позначили крихітною міткою, яку можна було відстежити, — своєрідним безпечним молекулярним GPS для їжі. Це дало науковцям змогу з’ясувати, чи використовувалися амінокислоти для отримання енергії всередині тіла кажана. Крім того, кільком кажанам дали звичайну кров без міток, щоб порівняти їх із тими, хто їв «особливу» кров.

Після годування кров’ю кожен кажан ішов або біг на крихітній біговій доріжці з трьома різними швидкостями: повільною, середньою та швидкою. Поки кажан рухався, прилад вимірював, скільки кисню (O2) він споживає і скільки вуглекислого газу (CO2) видихає (рисунок 2). Науковців цікавлять ці гази, тому що вони можуть показати, які типи метаболізму відбуваються в організмі.

Коли наші клітини спалюють паливо — цукор, жир або білок — для отримання енергії, вони використовують O2 і виробляють CO2. Співвідношення виробленого CO2 до використаного O2 називається дихальним коефіцієнтом (respiratory exchange ratio, RER). Іншими словами, гази, які тварина видихає, можуть показати, яке паливо вона спалює всередині. Для науковців RER — своєрідний відбиток: приблизно 7 частин CO2 на кожні 10 частин O2 (RER близько 0,7) означає, що переважно спалюється жир; 10 частин CO2 на 10 частин O2 (RER близько 1,0) означає, що переважно спалюються вуглеводи (цукри), а значення RER від 0,8 до 0,9 свідчить про спалювання білка. Дослідники також шукали спеціальну мітку гліцину або лейцину в CO2, який видихали кажани. Якщо ці мітки з’являються у видихуваному повітрі, це означає, що кажан окиснює («спалює») ці амінокислоти для отримання енергії й перетворює їх на CO2.

Спалювання білка: нове паливо для ссавців?

Що показали тренування кажанів-вампірів? Виявилося, що під час фізичних навантажень кажани справді використовували амінокислоти з крові як основне паливо. Уже через кілька хвилин після їжі в їхньому диханні містилося багато CO2, що утворився внаслідок спалювання позначених амінокислот. У міру продовження вправ частка зменшилася до 41% через 25 хвилин, а потім до 28% через 40 хвилин, коли їжа була використана. Це показало, що кажани швидко спалювали білок із крові, забезпечуючи енергією тренування.

Ще цікавіше, що кажанам було байдуже, яку саме амінокислоту спалювати. Вони використовували гліцин і лейцин приблизно з однаковою швидкістю. Коли кажани бігли швидше, вони дихали інтенсивніше: споживання O2 зростало, і вони виробляли більше CO2, — але RER залишався стабільним, приблизно на рівні 0,8–0,9, незалежно від швидкості бігу (рисунок 3).

Це означає, що вони продовжували використовувати білок як основне паливо навіть тоді, коли для швидшого бігу їм потрібно було більше енергії. Більшість інших тварин під час швидкого бігу змінила б паливо, зазвичай спалюючи більше вуглеводів (цукру) під час інтенсивних навантажень, щоб швидше отримати доступ до енергії. Але не ці кажани — вони продовжували спалювати білок зі своєї кров’яної їжі для отримання енергії, що дуже незвично для ссавців.

Чому це відкриття важливе?

Ці результати виявляють унікальні пристосування кажанів-вампірів. Не було показано, щоб інші ссавці забезпечували інтенсивні фізичні навантаження переважно білками з нещодавно спожитої їжі. Раніше таке спостерігали лише у кровосисних комах, як-от муха цеце або деякі комарі, і це робить кажанів-вампірів надзвичайним винятком серед ссавців.

Однак такий незвичний спосіб життя має свої компроміси. Оскільки кажани-вампіри не можуть накопичувати багато цукру або жиру, їхні тіла мають дуже малі запаси енергії [6]. Це означає, що якщо вони пропустять більше одного-двох днів годування, то швидко зголодніють. Дослідження справді показують, що кажан-вампір може загинути протягом 48–72 годин без крові. Щоб пережити цю небезпеку, кажани-вампіри виробили дивовижну поведінку: вони діляться кров’ю з друзями й родичами [7]! Після вдалого полювання ситий кажан іноді випльовує кров у рот голодному сусіду по сховищу. Так він дає голодному товаришеві їжу, яка рятує життя.

Усі ці риси роблять кажанів-вампірів еволюційним дивом. Як єдині відомі ссавці, що живляться кров’ю, вони показують, як дуже незвичний раціон може змінити тіло й поведінку тварини. Хто знає, які ще таємниці чекають на відкриття? Можливо, наступного разу, коли ви почуєте про дивне пристосування тварини, ви згадаєте цю історію про кажана-вампіра й замислитеся, які ще сюрпризи готує природа!