В 1959 году британский химик Джон Кендрю выяснил структуру мышечного белка миоглобина и спустя три года получил за это открытие Нобелевскую премию. Прошло полвека, но этот белок продолжает оставаться предметом активного изучения и раскрывать порой неожиданные секреты. В недавнем номере журнала Science биологи из Великобритании, США и Канады рассказали об особенностях миоглобина у китообразных и о том, сколько времени проводили под водой предки некоторых современных млекопитающих.
Миоглобин – кислород-связывающий белок, который можно найти в мышцах всех млекопитающих, он придает красный цвет мышцам за счет содержащегося в нем железа. У водных животных в целом больше миоглобина, чем у наземных. У кашалота, например, концентрация этого белка в мышцах одна из самых высоких, там запасается очень много кислорода, и поэтому он может по полтора часа не выныривать на поверхность.
Как показало новое исследование, не только благодаря огромному количеству миоглобина водные млекопитающие могут долго находиться под водой. Дело еще в том, что поверхности этих белков несут у этих животных избыточный положительный заряд, из-за которого молекулы отталкиваются друг от друга. Это обеспечивает неслипание миоглобина в столь огромных концентрациях – в противном случае он превращался бы в нефункциональные белковые массы.
Подобные хорошо заряженные миоглобины присутствуют в мышцах многих водных животных – тюленей, моржей, бобров, ондатр. У тех, что меньше времени проводят в воде, – например, у болотной бурозубки и кротов-звездорылов – миоглобины несут меньший заряд, чем у водных, но все равно больший, чем у полностью наземных млекопитающих. Высокогорные и подземные виды, по идее, тоже нуждаются в кислороде, однако у их миоглобинов нет такого высокого заряда, как у ныряльщиков. Таким образом, положительно заряженный миоглобин может служить индикатором водного образа жизни.
Кроме того, ученым удалось реконструировать молекулы миоглобинов, которые были у предков современных китообразных. Зная структуру древних миоглобинов, их аминокислотный состав, можно прикинуть, сильно ли они были заряжены и сколько времени могли проводить под водой их обладатели. Выяснилось, что, например, пакицет – наземный предок наших китов, живший в Пакистане в раннем эоцене, – мог позволить себе понырять не больше полутора минут. А огромный позднеэоценовый базилозавр погружался на 17 минут максимум. Ископаемые останки могут намекнуть, что животное вело водный образ жизни, но новый подход позволяет это подтвердить и даже оценить нырятельные способности!
Но и этим биологи не ограничились – они восстановили миоглобины для предков некоторых наземных животных. Результат оказался удивительным: современные слоны, даманы, кроты и ехидны происходят от животных, чьи миоглобины были неплохо так заряжены! Что интересно, в одной из недавних статей высказано предположение, основанное на ископаемых костях, что предки ехидн были пловцами. Другие палеонтологи выдвигали гипотезы о водных предках слонов и кротов. Таким образом, миоглобин просто повторяет историю, которую начали рассказывать кости.
Мы не представляем, как выглядел общий предок слонов, даманов, ламантинов и моржей – у нас нет его костей. Но есть малюсенькая молекула, благодаря которой мы можем уверенно говорить о том, что его мышцы были приспособлены для ныряния.
Подготовлено по материалам National Geographic.
