Новости
Евгений Хижкин, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии животных Института биологии КарНЦ РАН
13 июля 2021
Влияние темноты на жизнедеятельность и здоровье организма изучают сотрудники лаборатории экологической физиологии животных Института биологии КарНЦ РАН. Объектом исследования стали лабораторные крысы, у которых ритм синтеза гормона мелатонина совпадает с человеческим. У животных, находившихся долгое время в полной темноте, зафиксирована повышенная смертность потомства при рождении, задержка физического развития и полового созревания детенышей.
– Влияние темноты на организм связано с работой органа, который называется эпифиз или пинеальная железа. Он вырабатывает гормон мелатонин, который регулирует циркадные, то есть суточные, ритмы у всех животных и человека, в частности. Поэтому результаты, получаемые в исследованиях на лабораторных крысах, можно в определенной мере экстраполировать на человека, – пояснил Евгений Хижкин, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии животных Института биологии КарНЦ РАН.

Мелатонин, который за его антиоксидантные свойства называют гормоном молодости, не вырабатывается при свете – солнца, лампы, монитора и т.п. В этих случаях организм «думает», что сейчас день, нужно бодрствовать и активно проводить время. Но с наступлением ночи и темноты концентрация мелатонина в крови увеличивается: отсутствие света служит для эпифиза сигналом того, что световой день заканчивается и можно начинать синтез важного гормона. Он, в свою очередь, запускает в организме жизненно важные биохимические механизмы. Именно поэтому эксперты часто предупреждают о том, что нужно ложиться спать вовремя и в полной темноте.

Об отрицательном влиянии на здоровье человека избыточного искусственного освещения, которое часто встречается в современном мире, широко известно. Это было экспериментально подтверждено в результате исследований карельских ученых под руководством доктора биологических наук, профессора Петрозаводского государственного университета Ирины Виноградовой в начале 2000-х годов. Однако информации о воздействии недостаточного освещения или полной темноты в научной литературе было крайне мало, хотя такие условия также имеют негативные последствия для организма. Конечно, сложно представить обстоятельства, при которых человек оказался бы на долгое время в абсолютной темноте. Однако, вполне реальна долговременная ситуация низкой освещенности, особенно в условиях Крайнего Севера. Исследования в этой области могут оказаться полезны при изучении адаптационных механизмов и важны для людей, вынужденных переезжать в высокие широты.

В 2012 году ученые получили грант на проведение эксперимента, который оказался столь результативен, что полученные данные анализируются по сей день. Практически ежегодно специалисты сообщают о новых выводах. Очередная статья вышла в этом году в международном журнале Bulletin Of Experimental Biology And Medicine.

Ирина Баишникова, автор статьи, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии животных Института биологии КарНЦ РАН

Для проведения эксперимента лабораторных крыс разделили на три группы: в первой и родителей, и потомство содержали в стандартных световых условиях – 12 часов свет/12 часов темнота (LD – light-dark); во второй крысят вместе с самками после рождения переместили в полную темноту (LD/DD); в третьей в полной темноте содержали и самок во время беременности, и родившихся детенышей (DD/DD). Далее ежемесячно ученые измеряли различные физиологические показатели животных.

О каких результатах эксперимента можно говорить на сегодняшний день? По словам руководителя исследования, неожиданными стали результаты протекания беременности и появления потомства у крыс в условиях постоянной световой депривации [лат. deprivatio — потеря, лишение].

– В подопытной группе имелась часть самок, у которых в помете было по 17–18 крысят, что примерно в два раза превышало количество крысят в помете у самок в обычных стандартных условиях. Самое удивительное: в условиях темноты самки выкармливали всех этих крысят, смертность в этих больших пометах была достаточно низкая. При этом самки, которые рожали по 18 крысят, после лактации были сильно истощены. Биохимический анализ крови показал, что уровень белка в плазме был достоверно ниже, чем у самок, принесших обычное количество крысят, – рассказал Евгений Хижкин.

В то же время наблюдалась и другая особенность: число крыс в условиях темноты, вообще не принесших приплода, было в 2,7 раза больше, а количество мертворожденных крысят более чем в два раза превышало аналогичный показатель у самок при стандартном освещении. Наконец, на момент отсадки потомства от самок, через 25 дней после рождения, в группе DD/DD количество выживших животных также было ниже. «Это свидетельствует о более низкой выживаемости животных, рожденных самками, находившимися в период беременности при световой депривации», – констатировали эксперты.

У крысят, которые находились в темноте, происходила задержка развития: у них позже открывались глаза, «отлипали» уши, они чуть позже достигали полового созревания. В целом эксперты объяснили описанные явления нарушением суточного ритма синтеза мелатонина эпифизом у беременных и кормящих самок. Известно, что этот гормон играет существенную роль в регуляции целого ряда физиологических процессов, в том числе полового созревания, репродуктивных циклов, а также стрессорной реакции. Еще один показатель, который исследовали ученые – это влияние темноты на возрастную динамику поведенческих и психоэмоциональных реакций. Крыс помещали в различные тестовые ситуации и наблюдали реакцию. Повышенный уровень тревожности больше наблюдался у крыс из группы LD/DD, чем у группы DD/DD, которые, по всей вероятности, успели адаптироваться к темноте. «Это говорит о том, что резкое перемещение в темноту действительно может причинить вред психоэмоциональному состоянию», – отметил Евгений Хижкин.

Также ученые проводят биохимические исследования различных показателей, в том числе, уровня витаминов. Научная статья в Bulletin Of Experimental Biology And Medicine посвящена влиянию темноты на содержание альфа-токоферола – одной из форм витамина E, основного природного антиоксиданта. В раннем возрасте у крысят из группы DD/DD его уровень в почках, сердце, легких и скелетной мышце оказался значительно ниже, чем у контрольных животных. «В большей степени на содержание витамина повлияло отсутствие освещения в период внутриутробного развития, поскольку в данном случае модулирующее влияние световой депривации на физиологические системы начиналось раньше», – отмечают авторы статьи.

– Витамин Е является жирорастворимым, его метаболизм тесно связан с обменом жиров. Нарушение ритмичности секреции мелатонина влияет на разные процессы в организме, в том числе и на липидный обмен. Мы предполагаем, что с этим связано снижение содержания альфа-токоферола у животных, которое наблюдалось на раннем этапе развития. Далее организм приспосабливался к экспериментальным световым условиям, и к возрасту 2–3 месяцев у крыс не наблюдалось различий в уровне альфа-токоферола, – пояснила Ирина Баишникова, автор статьи, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии животных Института биологии КарНЦ РАН.

Коллектив лаборатории экологической физиологии животных Института биологии КарНЦ РАН

В планах ученых – изучение механизмов старения организма, появления и развития заболеваний, связанных со старением, и, в частности, возникновения опухолей, а также поиск возможных способов коррекции патологических состояний, вызванных воздействием длительной световой депривации.

Смотрите также:

22 марта 2024
Основные итоги научной и научно-организационной деятельности КарНЦ РАН за минувший год обсудили на заседании Ученого совета

940 научных публикаций по 223 темам научно-исследовательских работ выпустили сотрудники Карельского научного центра РАН в 2023 году. О важнейших итогах научной деятельности на заседании Ученого совета 21 марта рассказала генеральный директор Центра, член-корреспондент РАН Ольга Бахмет.
21 марта 2024
Карельскому научному центру РАН открыты тестовые доступы к полнотекстовым базам данных и электронным коллекциям

В марте 2024 года при содействии РЦНИ для сотрудников Карельского научного центра РАН открыты тестовые доступы к полнотекстовым базам данных и электронным коллекциям Wiley, De Gruyter, Euclid Prime Collection и Jaypee Professorial collection. Список доступных ресурсов размещен на странице Научной библиотеки КарНЦ РАН.
13 марта 2024
В Музее прикладных экологических исследований КарНЦ РАН проходят лекции и мастер-классы для школьников

Занятия для школьников среднего и старшего возраста, которые обучаются в профильных классах школ г. Петрозаводска, проводят специалисты Института биологии, Института водных проблем Севера и Института леса Карельского научного центра РАН. В рамках курса «Практическая биология» ученики 7-11 классов знакомятся со строением тканей растений, обитателями карельских озер, составляют гербарий и определяют животных по черепам. Проект «Практическая биология» для одаренных школьников поддержан Фондом грантов Главы Республики Карелия.
4 марта 2024
Как изменение климата влияет на характеристики морского льда, выясняют карельские ученые

Гидрологи и математики Карельского научного центра РАН разработали численную модель вод, льда и экосистем Белого моря. Она позволяет рассматривать различные сценарии трансформации ледового режима под воздействием изменения климата. Модель воспроизводит физические и биохимические процессы во льду, учитывает их многолетнюю динамику и помогает прогнозировать время образования и разрушения льда. Эта информация важна для судоходства, предотвращения загрязнения моря и повышения эффективности использования водных ресурсов.
1 марта 2024
Поздравляем Олега Максимова, научного сотрудника Лаборатории геологии и геодинамики докембрия Института геологии КарНЦ РАН, с успешной защитой кандидатской диссертации!