Разреженный воздух на Тибетском нагорье для большинства людей означает быстрое потерю сознания. Но местные дикие животные бегают, охотятся и мигрируют так, будто кислорода вокруг более чем достаточно. Их секрет — перестроенная биохимия, которая не дает энергии иссякнуть в нейронах и мышечных волокнах, даже когда с каждым вдохом в организм попадает лишь малая доля привычного количества кислорода.
У тибетских антилоп и диких яков все начинается с измененного гемоглобина — белка, который переносит кислород в крови. Точные замены аминокислот позволяют гемоглобину крепче удерживать кислород при низком его парциальном давлении, улучшая насыщение крови в легких, но не мешая последующей отдаче кислорода тканям. У гусей-гуменников с белой головой к этому добавляется сердечно-сосудистый компонент: увеличенный ударный объем сердца, густая сеть капилляров и необычно высокая вентиляция легких обеспечивают непрерывное движение кислорода от вдыхаемого воздуха до митохондрий даже во время продолжительного полета над самыми высокими вершинами.
Внутри клеток подстроены и сами «энергостанции». Митохондрии у этих видов отличаются измененной работой цепи переноса электронов и более эффективным окислительным фосфорилированием, выжимая больше АТФ из каждой молекулы кислорода. Пониженный исходный уровень обмена веществ и целенаправленное подавление не жизненно важного расхода АТФ освобождают ресурс для мозга и активно работающих мышц, а такие пути, как гликолиз и ангиогенез, активируются под контролем гипоксия-индуцируемых факторов.
Снежные барсы замыкают эту систему за счет особенностей мышц и нервной ткани. Высокая плотность капилляров в скелетных мышцах, увеличенное содержание миоглобина и устойчивость к гипоксически индуцированной эксайтотоксичности помогают сохранять стабильными и движения, и когнитивные функции. Во всех этих видах эволюция выстроила многоуровневое системное решение: от химии гемоглобина до биоэнергетики митохондрий дефицит кислорода превращается скорее в инженерное ограничение, чем в смертельный предел.
По мере того как исследователи расшифровывают эти механизмы, перед ними вырисовываются заготовки для медицины и повышения выносливости человека на высоте — от более безопасной искусственной вентиляции легких в реанимации до прицельных препаратов, имитирующих адаптации гемоглобина и митохондрий. Экстремальная физиология животных становится набором инструментов, который можно использовать для расширения хрупких границ нашей собственной переносимости разреженного воздуха.
