Мы привыкли считать магнитное поле Земли огромным планетарным щитом, отклоняющим часть заряженных частиц солнечного ветра и помогающим перелётным животным ориентироваться в пространстве. Но существует гораздо более странный вопрос: замечают ли его отдельные клетки? Эксперимент с плодовыми мушками показал, что почти полное устранение привычного магнитного фона способно менять продолжительность жизни, двигательную активность и работу митохондрий. Особенно необычным оказался результат у мух с нарушенной функцией митохондрий: они жили примерно на 20% дольше, но физически функционировали хуже.
Жизнь развивалась внутри геомагнитного поля на протяжении миллиардов лет. Оно сравнительно слабое — его невозможно почувствовать так, как тепло или солнечный свет, — однако оно непрерывно пронизывает живые организмы. Поэтому исследователи из Ноттингемского университета решили проверить, изменится ли физиология организма, если почти убрать этот постоянный компонент окружающей среды.
Для этого использовали специальную систему магнитного экранирования, создающую гипомагнитные условия — среду с полем, намного более слабым, чем естественное земное. Объектом исследования стала дрозофила. Плодовые мушки удобны для экспериментов со старением: их жизненный цикл короток, генетика хорошо изучена, а многие фундаментальные клеточные механизмы имеют аналоги у человека.
Учёные сравнивали обычных мух и животных с дефектом гена Pink1. Этот ген особенно интересен из-за своей связи с митохондриями — внутриклеточными структурами, превращающими энергию питательных веществ в форму, которой клетка может пользоваться. Нарушения PINK1 у человека связаны с некоторыми наследственными формами раннего паркинсонизма, поэтому такие мухи используются как модель определённых процессов нейродегенерации.
Результат оказался парадоксальным. В условиях сильно ослабленного магнитного поля мухи Pink1 жили приблизительно на пятую часть дольше. Если смотреть только на продолжительность жизни, эффект можно было бы принять за полезный. Но одновременно ухудшались их физические возможности. Долгая жизнь и хорошее функциональное состояние оказались не одним и тем же.
У здоровых мух реакция была другой. Изменение магнитного окружения улучшало некоторые показатели двигательной активности и одновременно влияло на продолжительность периода здорового функционирования. Иными словами, один и тот же физический фактор действовал по-разному в зависимости от исходного состояния организма.
Именно это делает эксперимент особенно интересным. Магнитное поле не выглядело простым регулятором, который можно увеличить или уменьшить и получить однозначно хороший либо плохой результат. Реакция зависела от состояния клеточной энергетической системы. Исследователи поэтому обратили внимание на митохондрии.
Митохондрии часто называют электростанциями клетки, хотя такое сравнение несколько упрощает их функции. Они используют кислород в цепочке биохимических реакций, позволяющих производить АТФ — универсальный энергетический ресурс клетки. Одновременно митохондрии участвуют в клеточной сигнализации, контроле метаболизма и образовании реактивных форм кислорода.
Исследователи измерили митохондриальное дыхание, чтобы выяснить, меняется ли производство энергии в гипомагнитных условиях. Оказалось, что почти полное устранение обычного магнитного фона действительно сопровождалось изменениями энергетического метаболизма.
Изменился и уровень супероксида — высокореактивной молекулы, которая образуется в том числе при работе митохондрий. Реактивные формы кислорода нередко представляют исключительно как вредные побочные продукты обмена веществ, однако в небольших количествах они выполняют сигнальные функции. Проблемы возникают, когда баланс между их образованием и нейтрализацией нарушается.
Для изучения этих процессов команда применила и необычный инструмент — высокочувствительные квантовые датчики на основе дефектов в алмазе. Определённые нарушения кристаллической решётки алмаза чрезвычайно чувствительны к окружающей физической среде и позволяют регистрировать очень слабые изменения, связанные с клеточной активностью.
Совокупность измерений связала физиологический эффект с митохондриальным метаболизмом. Но пока неизвестно, каким именно образом слабое внешнее магнитное поле взаимодействует с клеточной биохимией. Исследование демонстрирует связь и возможный механизм участия митохондрий, но не даёт окончательной молекулярной схемы магнитного восприятия.
Есть несколько физических механизмов, посредством которых живые системы потенциально способны реагировать на магнитные поля. Магниторецепция уже хорошо известна у некоторых животных, особенно использующих магнитное поле для навигации. Однако способность организма ориентироваться по направлению поля и возможное влияние фонового магнетизма на клеточный метаболизм — далеко не одно и то же явление.
Новый эксперимент поэтому поднимает более фундаментальный вопрос. Если жизнь миллиарды лет существовала в практически непрерывном геомагнитном фоне, могли ли клеточные процессы постепенно адаптироваться к его присутствию? В таком случае естественное магнитное поле можно рассматривать как ещё один постоянный параметр среды наряду с температурой, гравитацией или химическим составом атмосферы.
Но от мух до человека здесь огромная дистанция. Исследование не показывает, что магнитное поле Земли ускоряет или замедляет старение людей. Оно тем более не означает, что магнитное экранирование способно продлевать человеческую жизнь или лечить болезнь Паркинсона. Пока речь идёт о лабораторном эксперименте на модельном организме и специфической генетической линии.
Даже результат с 20-процентным увеличением продолжительности жизни требует осторожной интерпретации. Мухи Pink1 действительно выживали дольше, но одновременно теряли физическую работоспособность. Это напоминает о важном различии между lifespan — общей продолжительностью жизни — и healthspan, периодом жизни с сохранёнными функциями и хорошим состоянием здоровья.
Именно поэтому исследователи не характеризуют уменьшение магнитного поля как однозначно полезное или вредное. Для одной генетической и метаболической ситуации оно изменяет организм одним способом, для другой — иначе. Это больше похоже на вмешательство в сложную систему регулирования, чем на обнаружение простого переключателя старения.
Работа может иметь значение и для космической биологии. За пределами привычной земной среды люди и другие организмы сталкиваются с иными магнитными условиями наряду с микрогравитацией и радиацией. Если магнитный фон действительно способен влиять на митохондриальную физиологию, его придётся учитывать при изучении длительного пребывания живых организмов в космосе.
Самая интригующая перспектива связана с возможностью управлять митохондриальными процессами физическими, а не химическими методами. Теоретически это могло бы когда-нибудь привести к неинвазивным подходам при заболеваниях, связанных с нарушением функции митохондрий. Но пока такая возможность остаётся направлением для будущих исследований, а не медицинской технологией.
Главное открытие значительно скромнее и одновременно фундаментальнее. То, что кажется нам практически незаметным фоном планеты, возможно, не является полностью нейтральным для живой клетки. Магнитное поле существовало рядом с жизнью практически всю её историю. Теперь появляются первые экспериментальные признаки того, что эволюция могла научить клетки учитывать даже эту невидимую составляющую окружающего мира.
- Понравилось: 25
А затем «Добавить на главный экран». 