Какой толщины нервы у китов?

Синие киты — рекордсмены и по длине тела (34 метра), и по его массе (180 тонн), и по длине отростков нервных клеток (рекорд точно не известен, но, по разным оценкам, составляет 25–30 метров).

Нервы — это кабели, по которым идут электрические импульсы. Для того чтобы ток мог идти по отросткам нейронов с определенной скоростью, эти отростки с увеличением длины должны становиться или толще, или покрываться всё более качественной изоляцией. Изоляцию отростков нейронов обеспечивают специальные вспомогательные клетки — шванновские или олигодендроциты. Они тонкие и плоские, как ленты, и наматываются вокруг отростка, как изоляция вокруг кабеля.

Анализ оптического нерва китайского речного дельфина (который относится к китообразным) показал, что все волокна в нем покрыты такой изоляцией (см. Studies on optic nerve of Lipotes vexillifer-structure, fiber count and diameter spectrum). А ведь это животное — далеко не самое крупное китообразное, и оптический нерв — далеко не самый длинный его нерв.

Хорошая изоляция отростков нервных клеток позволяет китообразным сохранять достаточно высокую скорость передачи сигнала по ним, не делая отростки слишком толстыми. Они достигают 15 микрометров в диаметре, но это не так много (обычный диаметр отростка нейрона у млекопитающих — 1–2 микрометра; см. A comparative morphometric analysis of the optic nerve in two cetacean species, the striped dolphin (Stenella coeruleoalba) and fin whale (Balaenoptera physalus)). К примеру, отросткам нервных клеток крупных моллюсков, у которых нет такой продвинутой изоляции, приходится быть очень толстыми — до 1 мм в диаметре. Отростки нервных клеток китообразных в 60 раз тоньше.

Отростки нервных клеток нейронов китов, сами по себе не очень толстые, могут объединяться в нервы впечатляющей толщины — до 1 см. Недавно у таких толстых нейронных кабелей китов обнаружилась интересная особенность — растяжимость (см. Stretchy nerves are an essential component of the extreme feeding mechanism of rorqual whales.). У большинства млекопитающих нейроны очень плохо переносят даже слабые растягивания — от этого падает их проводимость. При этом растяжение нервов — самая распространенная травма нервной ткани, которая встречается у людей. Но китам, из-за их необычного способа питания, нужны растягивающиеся нервы. Киты питаются, очень широко раскрывая рот и зачерпывая огромный объем воды (он может превышать объем всего тела кита). Затем кит фильтрует эту воду, отлавливая мелких рачков — криль, — которые и составляют основу его рациона. Для заглатывания огромного объема воды киту приходится очень широко раскрывать рот, и растяжения нервов при этом не избежать (см. рисунок).

Растяжение нервов в пасти кита при зачерпывании воды

Недавно группа американских и канадских ученых выяснила, как именно киты справляются с этой проблемой. Сами отростки нервных клеток у китов, как и у других млекопитающих, практически не растягиваются. Тем не менее на их основе у китов могут образовываться растяжимые нервы. Это происходит благодаря тому, что отростки нервных клеток укладываются внутри общей оболочки нерва извилистым образом (примерно как пружины). В самой оболочке нерва содержится много эластина, волокна которого хорошо растяжимы. Когда киту нужно отрыть рот, оболочки нервов в нем удлиняются, а изогнутые отростки нервных клеток внутри нервов распрямляются. Благодаря этому длина нерва может увеличиться до двух раз при полном сохранении его работоспособности (в то время как обычные нервы плохо переносят растяжение даже на одну десятую длины).

Несмотря на хорошую изоляцию, по самым длинным нервам синего кита сигнал идет очень долго — по разным оценкам, от 1,5 до 6 секунд. Это было бы совершенно неприемлемо для животных, которым нужно уметь быстро скрываться от хищников либо, наоборот, быстро догонять своих жертв. Но гигантским китам не нужно делать ни того, ни другого, поэтому они могут позволить себе так долго ждать сигналов от самых длинных из своих нейронов.

Для науки очень интересно и то, как образуются такие длинные нервные клетки, и то, как они поддерживают свою работу. Подсчитано, например, что на пике роста нейронов у синих китов отростки этих клеток удлиняются со скоростью 3 сантиметра в день (см. Stretch growth of integrated axon tracts: Extremes and exploitations). Объем клетки при этим растет быстрее, чем при росте раковых клеток. Такие данные расширяют наши представления о том, что может быть нормальным для здоровой клетки. Интересно также и то, что в самых длинных нейронах синих китов транспорт молекул не может идти теми же путями, что в обычных нейронах (тогда тридцатиметровый путь занимал бы, в лучшем случае, около трех месяцев). Скорее всего, это означает, что во время развития нейрона по всей его длине организуются фабрики синтеза необходимых молекул, которые поддерживают локальные фрагменты гигантской клетки.

Ответила: Юлия Кондратенко