Почему наша кровь солёная?

Первым объектом изучения молодого учёного-гидробиолога («мокрого зоолога», по выражению Н. В. Тимофеева-Ресовского) была мелкая невзрачная рыбка трёхиглая колюшка — Gasterosteus aculeatus. Эта рыбёшка волей случая досталась как тема курсовой работы студенту-практиканту Зюганову ещё в 1975 году на Беломорской биостанции МГУ в «наказание» от руководителя практики профессора С. Г. Соина за опоздание. Опоздал на сутки, а все «престижные» объекты изучения уже разобрали однокурсники.

Курсовая переросла в кандидатскую, кандидатская — в докторскую. Валерий Зюганов описал феномен физиологического полиморфизма по солеустойчивости сперматозоидов трёхиглой колюшки Белого моря. Соавторам в открытии и изучении физиологических механизмов полиморфизма стали автор и соучастники «наказания» практиканта: заведующий кафедрой ихтиологии МГУ, профессор, эмбриолог С. Г. Соин; заведующий лабораторией морских исследований Ленинградского зоологического института, директор Беломорской биостанции, профессор, физиолог В. В. Хлебович и старший научный сотрудник, кандидат биологических наук, физиолог Ю. А. Лабас.

Следующим шагом в изучении полиморфизма колюшки стало изучение генетики этого феномена.

А без воды…

Чем же так важно изучение феномена колюшки?

Известно, что организм человека на 85% состоит из воды и что в крови человека обязательно содержатся соли (макроэлементы) в определённом соотношении друг к другу. Эти соли — ионы натрия, калия, кальция, магния, железа, хлора, фосфора и серы. Но немногие знают, что в океанической воде содержатся те же ионы примерно в том же соотношении (потому что когда-то наши далёкие прапрапредки вышли на сушу из моря).

Вообще без питьевой воды человек может прожить не более 2–3 суток. Но даже незначительный избыток или недостаток любого из этих ионов в организме может привести к тяжёлым последствиям. Если пить только дистиллированную воду (она вообще без ионов), то в течение 3–5 дней произойдёт обрушение водно-солевого баланса и рН крови. Если пить только морскую воду в течение тех же 3–5 дней, организм человека погибнет от отравления. В обоих вариантах быстро нарушается соотношение ионов в жидкостях тела, организм не способен поддерживать внутреннее постоянство биологических жидкостей (крови, лимфы, межклеточной жидкости) или, по-научному выражаясь, не сумел удерживать гомеостаз.

И при чём тут колюшка?

Не так проста, как кажется

1975 год. «Наказанный» студент Зюганов гуляет с сачком на мелководье в двух километрах от биостанции в морском заливе у озера Ершовское. В этом месте из-за приливного цикла солёность воды 2 раза в сутки меняется от 26 промилле до нуля промилле, т. е. до пресной воды. Однако колюшку эта смертельная для любых других рыб смена солёности абсолютно не волнует — преспокойно живёт на своих гнёздах с икрой и никуда не уплывает!

Вы скажете, а вот лосось может обитать и в море, и в реке. Может. Но, мигрировав в реку из моря, он прекращает питаться из-за перетяжки в пищеводе, и вода в организм не попадает. И сперматозоиды лосося не будут двигаться в морской воде, а икра там погибнет.

Поэтому практикант сконструировал на биостанции аквариумы, куда насосом подавалась 6 часов морская вода, затем 6 часов — пресная. При такой аховой смене солёности воды голодные рыбки жили аж 3 месяца (к тому времени студенческая практика закончилась, и эксперимент вынужденно завершился). Мало того, в воде с драматически меняющейся солёностью нормально активировались сперматозоиды самцов колюшки и как ни в чем не бывало оплодотворялась и развивалась икра самок, нормально развивались предличинки, личинки и мальки.

Получается, что из известных 30 тысяч видов рыб мировой фауны только колюшка может не только жить, но и размножаться в воде меняющейся солёности! Колюшка — в плане эффективности осморегуляции — мировой чемпион. Недавно науке стала известна популяция колюшки, обитающая в солёном озере в Румынии при 100 г солей на литр, и популяции, живущие в ледниковых озёрах Шетландских островов (архипелаг на северо-востоке Шотландии) в практически дистиллированной воде.

А человеку с этого что?

Изучая модель полиморфизма ионных каналов спермиев колюшки, ихтиолог Зюганов в опытах по селекции «выщепил» от скрещивания морских панцирных колюшек трахурус между собой — потомков с фенотипами леюрус, которые не активировали сперматозоиды в морской воде. Причём модель оказалась с достаточно простым (олигогенным) наследованием. Проведя менделевские скрещивания и получив потомство гибридов 8-го поколения, Зюганов установил, что солеустойчивость сперматозоидов колюшки обеспечивается 5 генами, по два аллеля в каждом. Устойчивость к солям возникает только в тех случаях, когда мутантными оказываются 3 или 4, или все 5 генов. Для сравнения: отдалённо похожая модель — это всем знакомая модель группы крови АВО (или I- IV) у людей. Модель сперматозоидов колюшки даёт в руки биологов мощный инструмент для исследований механизмов гомеостаза организмов.

Науку — в производство!

В 80-е годы в СССР возникла серьёзная проблема — осолонение Каспийского и Аральского морей, озёр Балхаш и Иссык-Куль. Ихтиофауна солоноватых водоёмов, имеющая пресноводное происхождение (карповые, окунёвые, бычковые и др.), там сокращалась. На пленумах ЦК КПСС ставились задачи повышения солеустойчивости ранних стадий онтогенеза ценных промысловых пресноводных и проходных (осетровые, лососевые) рыб. Перспективным считалось направление вызова нужных мутаций, действуя на животных химическими мутагенами.

Тогда Зюганов решил практически использовать свою модель. Но как это сделать? Из пресноводного сперматозоида в морской тип клетку теоретически можно перевести путём мутации. А «главным по мутациям» в СССР тогда был Иосиф Абрамович Рапопорт — легендарный генетик, открывший химический мутагенез. Коллегой Зюганова по Институту биологии развития АН СССР была жена Рапопорта — д.б.н. Ольга Георгиевна Строева. Она и отправила молодого учёного в Институт химической физики АН СССР, где тогда работал Рапопорт.

Выслушав гидробиолога, гуру генетики вспомнил, что похожие эксперименты уже были проведены на карпе и были получены перспективные мутации по структуре чешуи рыб. Рапопорт предложил для начала поставить опыт по мутагенезу с колюшками в лаборатории и подобрал реактивы. Он рекомендовал использовать алкилирующие соединения с высокой биологической активностью (так называемые супермутагены), а именно для начала нитрозоэтилмочевину (НЭМ). Это соединение, избирательно воздействуя на ДНК хромосом, вызывает мутации. Обрабатывать надо было икру и сперму.

Внезапно — выпускной!

Когда Зюганов пришёл к Иосифу Абрамовичу на 5-й урок обучения работы с опасными реактивами, обычно весёлый и энергичный Рапопорт выглядел задумчивым:

Рапопорт: Валерий, хотел вас спросить, а дети у вас уже есть?

Зюганов: Да, Иосиф Абрамович, дочка.

Р.: А ещё планируете?

З.: Ну да!

Р.: Вам надо быть очень осторожным во время массовой обработки икры и спермы рыб на природе. Во-первых, средняя частота мутаций будет невысокой — не более 1 малька на тысячу обработанных икринок. Кстати, в каких условиях планируется растворять мутаген?

З.: В тазиках на берегу заброшенных прудов в Карелии.

Р.: А куда потом девать ядовитый раствор?

З.: Ещё не знаю, что-нибудь придумаю…

Р.: Ну-ну… А теперь самое главное. Насколько я знаю, у первых разработчиков химического мутагенеза американца Стадлера и англичанина Ауэрбаха были проблемы со здоровьем и потомством. Видите ли, от хромосомных аббераций в собственных спермиях вы не будете застрахованы.

З.: Иосиф Абрамович! Вы что это, серьёзно?!

Р.: Именно. Валерий, вы энергичный молодой человек. Вам ещё жить и жить. Может, не будем спешить с получением солеустойчивых осетров? Где, говорите, происходит осолонение водоёмов?

З.: В Казахстане и республиках Средней Азии. Разбирают реки на поливы.

Р.: Пусть экономнее разбирают. Может, немножко подождём и проблема сама решится? У меня в жизни так не раз было.

Через несколько лет СССР развалился. Российской АН стало не до трудностей в бывших братских республиках, и проблема, как и предсказывал мудрый Рапопорт, сама рассосалась. А мысли Зюганова переключились с мутагенеза на проблему «симбиоза-паразитизма».

Аргументы Недели, № 42(635) от 25.10.18 Автор: Николай Тоноров