В последние годы несколько исследовательских групп обнаружили реальность, которая, по меньшей мере, ужасает: Всё чаще встречаются выброшенные на берег дельфины с повреждениями головного мозга, напоминающими человеческую болезнь Альцгеймера.То, что когда-то было лишь единичным подозрением, теперь подтверждается генетическими исследованиями, анализом токсинов и подробными вскрытиями этих морских млекопитающих во Флориде, Шотландии и других частях мира.
Это далеко не просто научная диковинка, Эти результаты связывают воедино три основных элемента одной и той же головоломки: изменение климата, загрязнение воды и нейродегенеративные заболевания.Дельфины выступают в роли настоящих «сторожей» моря, и, наблюдая за тем, что происходит в их мозге, многие эксперты задаются вопросом, не наблюдаем ли мы здесь раннее предупреждение о том, что может произойти и с нашим видом.
Дельфины с признаками, схожими с болезнью Альцгеймера: что же было обнаружено на самом деле.
Один из наиболее хорошо изученных случаев произошел на восточном побережье Флориды, в лагуне Индиан-Ривер, устье которой нагревается климатом и насыщено питательными веществами из сельскохозяйственных удобрений и сточных вод. Почти десять лет… Ученые из Университета Майами проанализировали мозг 20 дельфинов-афалин (Tursiops truncatus), выброшенных на берег в этой лагуне.Это район, к сожалению, печально известный своими повторяющимися вспышками цветения цианобактерий и токсичных микроводорослей.
У этих животных был обнаружен очень специфический нейротоксин: 2,4-диаминомасляная кислота (2,4-ДАБ) — это встречающаяся в природе аминокислота, вырабатываемая некоторыми водорослями и бактериями.Это вещество накапливалось в тканях их мозга до запредельных уровней, особенно в теплые месяцы, когда наблюдается пик цветения токсичных водорослей. В некоторых случаях концентрация 2,4-ДАБ в мозге достигала В 2.900 раза выше в период цветения, а не в периоды их отсутствия.
Дельфины проглотили токсин через зараженная рыба и моллюскиПодобно тому, как другие животные (включая людей) подвергаются воздействию соединений, выделяемых «красными приливами», это биомагнификация вдоль пищевой цепи приводит к гибели дельфинов. Виды-индикаторы состояния прибрежных экосистемпотому что они концентрируют в своих телах то, что годами циркулирует в морской среде.
Наиболее тревожные результаты были получены, когда исследователи, помимо измерения токсинов, углубились в молекулярную биологию мозга. Анализируя транскриптом (гены, которые активно экспрессируются) коры головного мозга, они обнаружили более чем… 500 генов с измененной экспрессией у дельфинов, подвергшихся воздействию токсичных цветений водорослей.Многие из них совпадают с теми, которые, как представляется, нарушены в мозге человека, страдающего болезнью Альцгеймера.
Изменения коснулись не только небольшого региона: На уровне нейронных связей это имеет ключевое значение; мозг этих дельфинов начал «говорить на одном языке» с мозгом людей, страдающих деменцией.Исследование, опубликованное в журнале Communications Biology (Nature), впервые убедительно подтвердило идею о том, что у морских млекопитающих могут наблюдаться генетические признаки, почти идентичные признакам человеческого заболевания.
Цветение цианобактерий и нейротоксин 2,4-ДАБ
Цветение цианобактерий и других токсичных микроводорослей, известное на английском языке как Вредоносное цветение водорослей Цветение водорослей (HABs) стало все более частым явлением на побережьях и в теплых лагунах. Глобальное потепление и избыток питательных веществ (азота и фосфора) из сельского хозяйства и сточных вод создают идеальную среду для размножения этих «зеленых супов»..
В таких местах, как лагуна Индиан-Ривер, «Массовое цветение» происходит почти каждое лето.Они резко снижают уровень кислорода в воде, душат рыбу и уничтожают заросли морской травы, от которых зависят другие виды. В дополнение к этим видимым последствиям, они высвобождают целый коктейль токсинов, которые накапливаются по всей пищевой цепи: у рыб, моллюсков, морских птиц, наземных млекопитающих и, конечно же, у дельфинов и людей, которые употребляют морепродукты или вдыхают загрязненные аэрозоли.
2,4-DAB, предмет исследования во Флориде, исторически считался нейролатирогенным соединением, то есть способно повреждать нервные волокна и нарушать электрический баланс нейронов.Она действует как возбуждающая аминокислота, которая при остром воздействии может вызывать повышенную раздражительность, тремор, судороги и другие неврологические симптомы.
Ключ к новым рабочим местам заключается в том, что 2,4-DAB одинаково опасен при хроническом, умеренном и сезонном воздействии.Каждое лето, когда наблюдается интенсивное цветение водорослей, действует подобно ударной волне, оставляя молекулярный «шрам» на мозге дельфинов. С каждым теплым сезоном накапливаются изменения в экспрессии генов, ключевых белках и структуре нейронов, как будто окружающая среда накапливает слои повреждений, которые трудно обратить вспять.
Закономерность настолько очевидна, что ученые подтвердили прямую взаимосвязь: Чем больше лет подряд дельфин переживал цветение ядовитых водорослей, тем глубже были наблюдаемые генетические повреждения.Ухудшение ситуации не произошло внезапно, а развивалось постепенно, сезон за сезоном, при этом температура морской воды и загрязнение окружающей среды служили катализатором.
Мозг дельфина, имитирующий следы человеческой болезни Альцгеймера.
Детально изучив, какие гены изменились в мозге дельфинов, исследователи обнаружили изменения в… 536 транскриптомных сигнатур, связанных с основными функциями нейронов.Из этих генов более 400 продемонстрировали повышенную активность, а более 100 подверглись частичному или почти полному подавлению активности.
К числу наиболее пострадавших относятся гены, связанные с ГАМК-эргическая нейротрансмиссияГАМК — основной тормозной нейромедиатор в центральной нервной системе, необходимый для подавления чрезмерного возбуждения мозга. У дельфинов, подвергшихся воздействию 2,4-ДАБ, было обнаружено значительное снижение уровня фермента. глутаматдекарбоксилаза (GAD)отвечает за преобразование глутамата (возбуждающего гормона) в ГАМК (тормозящий гормон). Этот дисбаланс приводит к гипервозбудимости, что создает предпосылки для судорог, психических расстройств и нейродегенеративных процессов.
Снижение экспрессии [чего-либо] уже известно при болезни Альцгеймера у человека. ГАД1 и ГАД2Исследование предполагает, что присутствие 2,4-DAB может ускорить это снижение численности дельфинов. доведение нейронной сети до состояния хронического стрессаОдновременно были обнаружены изменения в генах, составляющих базальную мембрану церебральных кровеносных сосудов, имеющих решающее значение для целостности этих сосудов. гемантоэнцефалический барьеркоторый действует как защитный фильтр от токсичных веществ из крови.
Другая группа измененных генов влияет на классические факторы риска развития болезни Альцгеймера у человека. Особо следует отметить повышенную активность гена [название гена]. АпоAPOE считается одним из основных генетических маркеров предрасположенности к этому заболеванию у человека. У некоторых дельфинов экспрессия APOE увеличилась в 6,5 раз. Между тем, такие гены, как NRG3Активность синапсов, жизненно важных для их формирования и поддержания, резко снизилась, что еще больше осложнило нарушение нейронного баланса.
Исследователи также обнаружили чрезмерную активацию генов, связанных с воспалением и запрограммированной клеточной смертью, таких как ТНФРСФ25Этот воспалительный шторм в сочетании с эксайтотоксичностью и дисфункцией гематоэнцефалического барьера создает взрывоопасную комбинацию для нервной ткани, очень похожую на ту, которая наблюдается в мозге пациентов с запущенной болезнью Альцгеймера.
И если этого было недостаточно, были обнаружены ткани дельфинов, проанализированные во Флориде и в ходе других предыдущих исследований. бета-амилоидные бляшки, клубки гиперфосфорилированного тау-белка и включения TDP-43Эти три изменения в белках являются наиболее характерными патологическими признаками болезни Альцгеймера у человека и некоторых связанных с ней форм деменции. Совпадение, по-видимому, не является простой случайностью: всё указывает на то, что мозг этих морских млекопитающих развивается по пути дегенерации, очень похожему на наш собственный.
Другие токсины цианобактерий: роль BMAA и его изомеров.
2,4-DAB — не единственный нейротоксин цианобактерий, вызывающий беспокойство у научного сообщества. β-N-метиламино-L-аланин (BMAA) и несколько его изомеров были идентифицированы как соединения, обладающие высокой токсичностью для нейронов.способный вызывать патологию, сходную с болезнью Альцгеймера, и приводить к когнитивным нарушениям в лабораторных моделях на животных.
Исследования человеческих популяций на острове Гуам показали, что хроническое воздействие токсинов цианобактерий через пищу Это может спровоцировать неврологические заболевания с признаками болезни Альцгеймера и других дегенеративных заболеваний. Эти вещества накапливаются в пищевой цепи так же, как и 2,4-DAB, особенно в сильно эвтрофных морских и озерных экосистемах.
В случае с дельфинами, В ходе исследования 20 дельфинов-афалин, выброшенных на берег в лагуне Индиан-Ривер, было обнаружено присутствие BMAA и нескольких его изомеров в головном мозге.включая упомянутый выше 2,4-ДАБ. У экземпляров, погибших в пик летнего цветения цианобактерий, были обнаружены огромные концентрации 2,4-ДАБ, до 2.900 раз превышающие концентрации, измеренные у животных в периоды, когда цветение не наблюдалось.
Среди нейропатологических изменений, наблюдавшихся у этих дельфинов, были следующие: β-амилоидные бляшки, клубки гиперфосфорилированного тау-белка и отложения TDP-43Эти результаты, в сочетании с 536 генетическими изменениями, связанными с болезнью Альцгеймера у человека, обнаруженными во время цветения, подтверждают идею о том, что… Мы имеем дело не с простыми изолированными травмами, а со сложным дегенеративным заболеванием, усугубляемым воздействием токсинов окружающей среды..
Недавние обзоры в таких журналах, как… Токсины y Европейский журнал по неврологии Они отмечают, что длительное воздействие этих нейротоксинов из окружающей среды вызывает нейрональная гипервозбуждение, снижение уровня таких ферментов, как глутаматдекарбоксилаза, и синаптическая дисфункцияВсе эти процессы считаются ключевыми в развитии нейродегенеративных патологий, поэтому результаты, полученные на дельфинах, соответствуют тому, что уже наблюдалось на животных моделях и в некоторых исследованиях на людях.
Выбросы на берег, дезориентация и гипотеза «больного лидера».
Помимо цифр, последствия на побережье очевидны. Для любого любителя моря одним из самых душераздирающих зрелищ является обнаружение умирающего дельфина или кита на пляже.В таких случаях морские биологи и волонтеры обычно смачивают кожу животных ведрами морской воды, накрывают их мокрыми одеялами, чтобы предотвратить обезвоживание, и пытаются помочь им вернуться в воду с приливом.
За многими из этих сцен скрывается повторяющийся вопрос: Почему так много китообразных оказываются выброшенными на берег и погибают? В последние годы рассматривалось множество гипотез: от столкновений с судами и подводного шума человеческого происхождения до инфекций, изменений течений или преследования добычи в мелководье.
Группа американских исследователей предложила более неудобную, но вполне правдоподобную идею: Подобно тому, как некоторые люди с деменцией теряются далеко от дома, некоторые дельфины могут дезориентироваться из-за нейродегенеративных процессов, схожих с болезнью Альцгеймера.Если система эхолокации и навигации животного ухудшается, оно может оказаться в местах, где ему не следует находиться, что сопряжено с очень высоким риском выброса на берег.
В Соединенном Королевстве были проведены посмертные исследования 22 зубатых китов, в том числе Афалины, белоклювые дельфины, морские свиньи, длинноплавниковые гринд и короткоплавниковые гринд.В трех более старых образцах были обнаружены признаки поражения головного мозга, практически идентичные таковым при болезни Альцгеймера у человека: накопление бета-амилоида в бляшках, клубки тау-белка и пролиферация глиальных клеток, связанные с воспалением головного мозга.
Это совпадение придало силу так называемому теория «больного лидера»Согласно этой идее, группы зубатых китов, путешествующие стадами, могут следовать за пожилой особью, которая из-за деменции или подобных когнитивных нарушений теряет ориентацию и заплывает на мелководье. Остальные животные, казалось бы, здоровые, следуют за ними благодаря социальной сплоченности и в итоге оказываются в ловушке на берегу.
Хотя ученые не могут с абсолютной уверенностью подтвердить, что эти животные страдают от точно таких же когнитивных нарушений, как и люди с болезнью Альцгеймера, Нейропатологические параллели настолько очевидны, что трудно поверить, что их поведение не затронуто.Главная проблема заключается в том, что, в отличие от людей, их память или ориентацию в пространстве невозможно оценить при жизни с помощью стандартизированных наборов тестов, используемых в неврологии.
Потеря слуха, поведение и здоровье мозга
Ещё один аспект, усложняющий проблему, — это слух. У дельфинов и других китообразных… Эхолокация, основанная на звуке, имеет фундаментальное значение для ориентации, поиска пищи и поддержания социальной сплоченности.Любые изменения в их слухе могут полностью дестабилизировать их повседневную жизнь.
Предыдущие исследования показали, что, по крайней мере, У половины выброшенных на берег дельфинов наблюдается тяжелая или глубокая потеря слуха.Хотя основное исследование в лагуне Индиан-Ривер не включало аудиометрию всех образцов, анализ транскриптома мозга выявил нечто поразительное: экспрессию генов, связанных со слухом, таких как MYO1F, STRC и SYNE4Была выявлена корреляция между воздействием 2,4-ДАБ, сезоном цветения и годом выброса на берег.
Известно, что у людей… Потеря слуха является фактором риска развития деменции и может спровоцировать или ускорить начало болезни Альцгеймера.Тот факт, что у дельфинов наблюдаются признаки нейродегенерации, воздействия цианобактериальных токсинов и изменений в генах, отвечающих за слух, позволяет предположить, что токсичная среда может одновременно влиять на несколько чувствительных систем, лишая животное основных средств ориентации и взаимодействия.
Морские биологи, участвующие в этой работе, подчеркивают, что Сочетание нейротоксичности и сенсорных нарушений изменяет поведение, затрудняет ориентацию в пространстве и ослабляет социальные связи. внутри групп дельфинов. Это значительно увеличивает вероятность массовых выбросов на берег, особенно когда они совпадают с экстремальными волнами жары или пиками загрязнения.
Фактически, исследование, опубликованное в PLoS ONE В 2019 году это уже было продемонстрировано. Во время цветения токсичных водорослей у дельфинов участились случаи выброса на берег и возникновения неврологических проблем.Это подтверждают недавние исследования во Флориде и других регионах, выявив ту же сезонную корреляцию между нейротоксинами, изменениями в поведении и смертностью на побережье.
Общая генетика: что объединяет мозг дельфинов и человека.
Одна из причин, по которой эти результаты привлекли такое большое внимание, заключается в том, что Дельфины демонстрируют удивительное молекулярное сходство с людьми в механизмах, связанных с болезнью Альцгеймера.Дело не только в том, что у них большой и сложный мозг или развитые социальные навыки; на уровне белков и генов сходство еще больше.
Предыдущие исследования показали, что Аминокислотная последовательность бета-амилоидного пептида у нескольких видов дельфинов идентична таковой у человека.Белок-предшественник амилоида (APP) был клонирован и секвенирован у таких дельфинов, как Stenella coeruleoalba, Tursiops truncatus и Globicephala melas (дельфин Риссо), что подтвердило, что основная изоформа имеет примерно 95% сходства с человеческим APP, состоящим из 770 аминокислот.
Кроме того, у этих млекопитающих экспрессируются ключевые белки, участвующие в обработке APP для образования амилоидного пептида: бета-секретаза (BACE) и пресенилины 1 и 2 — основные компоненты гамма-секретазного комплекса.Иными словами, в мозге дельфинов практически тот же молекулярный механизм, что и у нас, для производства и накопления бета-амилоида.
Это сходство делает его Появление амилоидных бляшек у пожилых дельфинов не является столь уж удивительным с биологической точки зрения.Однако это очень важно для понимания того, как долголетие и длительное воздействие окружающей среды могут вызывать схожие нейродегенеративные процессы у разных видов.
Учитывая их длительный срок жизни и высокое положение в пищевой цепи, Китообразные накапливают химические загрязнители, тяжелые металлы и биологические токсины на протяжении десятилетий.Если к этому добавить климат, благоприятствующий повторяющимся цветениям ядовитых водорослей, то вероятность возникновения сложных патологий, таких как болезнь Альцгеймера, значительно возрастает.
Последствия для здоровья человека и изменения климата
Один из тезисов, который эксперты постоянно повторяют, заключается в том, что, хотя… Нельзя с уверенностью утверждать, что 2,4-ДАБ или другие токсины цианобактерий вызывают болезнь Альцгеймера у человека.Наблюдаемые у дельфинов молекулярные и патологические параллели слишком поразительны, чтобы их игнорировать.
Дельфинов-афалин часто считают второе по интеллекту животное на планетеВ некоторых аспектах они отстают от нас, но в некоторых опережают человекообразных обезьян. Они способны узнавать себя в зеркале, осваивать сложные системы коммуникации и передавать культурные модели поведения, например, использовать губки для защиты морды во время поиска пищи. Удивительно, что животное с таким уровнем умственной развитости демонстрирует закономерности деградации мозга, столь схожие с нашими. Это открывает неприятное зеркало, показывающее взаимосвязь между окружающей средой и неврологическим здоровьем..
В таких районах, как округ Майами-Дейд, где в 2024 году было зафиксировано… самый высокий уровень распространенности болезни Альцгеймера в Соединенных ШтатахНекоторые исследователи задаются вопросом, не является ли хроническое воздействие цветения цианобактерий в близлежащих экосистемах дополнительным фактором риска, особенно для групп населения, уязвимых из-за возраста, генетических особенностей или других проблем со здоровьем.
Реальность такова, что Красные приливы и другие токсичные цветения водорослей уже привели к закрытию пляжей, массовой гибели рыбы и случаям респираторных заболеваний у людей. которые вдыхают загрязненные морские аэрозоли во Флориде и многих других частях мира. Если к этому добавить потенциальное долгосрочное воздействие на мозг, необходимость продолжать исследование роли этих токсинов окружающей среды в нейродегенеративных заболеваниях становится более актуальной, чем когда-либо.
Авторы основных исследований настаивают на необходимости четкого разграничения корреляции и причинно-следственной связи. Понимание клеточных и генетических механизмов, превращающих обычное цветение в угрозу для здоровья мозга. Это крайне важно для оценки рисков, разработки мер по предотвращению рисков и принятия решений в области охраны окружающей среды на основе достоверных данных.
Между тем, дельфины остаются нашим лучшим «информатором» о том, что происходит под поверхностью воды. Их долголетие, чувствительность к токсинам и молекулярное сходство с нами делают их привилегированным видом-индикатором.Если в экосистемах, подверженных климатическому стрессу и загрязнению, начинают проявляться признаки болезни Альцгеймера, возможно, море сигнализирует нам о чем-то, что не следует игнорировать.
Сопоставив все эти элементы — всё более продолжительные и интенсивные цветения цианобактерий, накопление нейротоксинов, таких как 2,4-DAB и BMAA, в пищевой цепи, выбросившихся на берег дельфинов с повреждениями мозга, похожими на болезнь Альцгеймера, и проживание и купание людей в одних и тех же прибрежных районах — В итоге складывается картина океана, который наглядно отражает воздействие нашей деятельности на здоровье планеты и на наш собственный мозг..