Брайан Свитек - Кости: скрытая жизнь [Все о строительном материале нашего скелета, который расскажет, кто мы и как живем]

В сравнении с нашими живыми и ископаемыми родственниками у нас довольно легкое тело. У нас, как говорят антропологи, изящный скелет — характеризующийся относительно небольшой массой костной ткани для размера нашего тела. Как следствие наш скелет и относительно менее прочный, и в большей степени подвержен таким заболеваниям костной ткани, как остеопороз. А все потому, что оседлый образ жизни изменил наши кости. Два дополнительных исследования, проведенные в 2015 году, наглядно продемонстрировали этот сдвиг [44] Два дополнительных исследования: Ryan, Timothy, and Colin N. Shaw. «Gracility of the modern Homo sapiens skeleton is the result of decreased biomechanical loading». PNAS 112, no 2. (2015): 372–377; Chirchir, Habiba, Tracy L. Kivell, Christopher B. Ruff, Jean-Jacques Hublin, Kristian J. Carlson, Bernhard Zipfel, and Brian G. Richmond. «Recent origin of low trabecular bone density in modern humans». PNAS 112, no. 2 (2015): 366–371. . С помощью компьютерных томографов высокого разрешения, направленных на различные части тела — одна группа ученых наблюдала за головкой бедренной кости, вторая изучала разрез кости в семи различных участках конечностей рядом с суставами, — исследователи вычисляли плотность губчатого вещества. Это специфический тип костной ткани, образующий микроскопические подпорки и балки внутри нашего скелета, в особенности в суставах, на которые приходится максимальная нагрузка. Оба исследования показали, что у оседлых народов, живших во времена рассвета сельского хозяйства, кости попросту обленились. По сравнению с другими приматами, гоминидами или даже различными популяциями Homo sapiens у людей из оседлых народов плотность губчатого вещества кости была меньше. У людей же, принадлежащих к более активным, занимающимся охотой и собирательством популяциям, кости, напротив, были более плотными, а их внутренняя структура больше соответствовала той, которую можно обнаружить у низших приматов примерно того же размера. На самом деле у некоторых ископаемых людей плотность губчатого вещества была более чем в два раза выше, чем у нас. Они вели куда более активную жизнь, постоянно перемещаясь и взаимодействуя с окружающим миром. Даже у тех из нас, кто ежедневно целенаправленно занимается спортом — либо зарабатывает физическим трудом, — плотность губчатого вещества кости все равно меньше, и как следствие выше риск развития остеопороза с возрастом.

Вполне возможно, что снижение плотности костей в современных популяциях стало отражением нашего рациона и образа жизни, который может сильно различаться в зависимости от уровня нашей активности. С другой стороны, это может быть самое настоящее эволюционное изменение: практически полный переход человечества на сельское хозяйство и зерновой рацион привел к долгосрочным последствиям для внутренней структуры нашего скелета. Как бы то ни было, мы выглядим довольно хлипкими по сравнению с людьми, пытавшимися обогнать ледниковый период, перемещаясь по планете. Причем данная механика применима не только к нашей жизни на Земле. Для поиска в Солнечной системе новых мест для исследования и, возможно, нового дома реакция наших костей на повседневные нагрузки является немаловажным фактором. Если мы не научимся сохранять кости здоровыми в космосе, то дальше Луны вряд ли улетим.

Если мы собираемся когда-либо добраться до Марса, то нам придется много о чем позаботиться: осуществить запуск космического судна, обеспечить питание и комфортные условия на время полета, организовать безопасную посадку, продумать стратегию выживания на новой планете и так далее. Вместе с тем далеко не всегда затрагивается вопрос о том, что мы будем делать со своими костями. Кости не могут обходиться без физической активности. Перестаньте двигаться, и это непременно скажется на них. Они начнут разрушаться, выделяя кальций в кровоток и затем в мочу, не говоря уже о том, что из-за снижения прочности они станут гораздо больше подвержены переломам. Нам уже известно, что космонавты в невесомости сталкиваются с этой проблемой. Орбитальные станции, по сути, находятся в свободном падении, совершая витки вокруг нашей планеты, и обследование обитателей станции «Мир», например, показало, что каждый месяц они теряли от одного до двух процентов своей костной массы [45] Орбитальные станции: «Space Bones», NASA Science, ссылка была доступна 27 апреля 2018. https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast01oct_1/. . И это лишь средний показатель. Известно, что некоторые космонавты за полгода, проведенные на орбите, теряли до 20 % костной массы. Это огромное изменение для организма, которое станет серьезной проблемой для всех, кто захочет собственноручно исследовать Красную планету. По оценкам НАСА, полет на Марс займет порядка девяти месяцев. Давайте представим, как астронавты готовятся впервые ступить на поверхность другой планеты. Долгие дни, проведенные в металлической трубе, несущейся сквозь ледяную пустоту, они ждали этого момента. Надев скафандры, астронавты проверяют их герметичность, чтобы защитить себя от чужеродной среды, в нетерпении перескакивают через последний обруч лестницы посадочного модуля и спрыгивают на поверхность. Их первые слова на Марсе могут оказаться не совсем поэтичными. Они могут вскрикнуть или выругаться от боли, когда их ослабленная невесомостью малая берцовая кость надломится от удара.

Существует как минимум одно животное, которое легко обходит эту проблему. Если бы НАСА могло вести подготовку медведей для исследования космоса, то наверняка не упустило бы такой возможности.

Медведи знают, чем лучше всего заниматься зимой. Они не идут кататься на лыжах. Они не расчищают лопатой подъездную дорогу к дому. Они делают то, что хотелось бы и мне: забиваются в укрытие, чтобы проспать все холода. И с учетом того, что мы знаем о костях, которым для самовосстановления требуется движение, можно было бы подумать, что медведи должны выбираться из своих берлог ослабленными и хрупкими, отчаянно нуждающимися в физической нагрузке после столь длительной спячки. На деле же происходит совсем иначе. Химические процессы, протекающие в организме медведей, сохраняют их скелет здоровым, даже пока те спят месяцы напролет. Проведенное в 2015 году биологом Меган МакГи-Лоуренс вместе с коллегами исследование 13 черных медведей показало, что в организме медведей во время спячки замедляются процессы как образования новой костной ткани, так и разрушения старой [46] Проведенное в 2015 году: McGee-Lawrence, Meghan, Patricia Buckendahl, Caren Carpenter, Kim Henriksen, Michael Vaughan, Seth Donahue. «Suppressed bone remodeling in black bears conserves energy and bone mass during hibernation». Journal of Experimental Biology 218 (2015): 2067–2074. . Одним из главных виновников этого является белок под названием CART. Во время спячки уровень этого белка у медведей может подскакивать в целых 15 раз, что значительно ограничивает количество кальция, уносимого с кровью из костей. Одновременно в организме впавших в спячку медведей уменьшается концентрация двух других белков, участвующих в формировании костной ткани: BSALP и TRACP. Эти изменения позволяют медведям добиться нового внутреннего равновесия. Организм медведя становится закрытой системой — количество кальция в нем во время спячки не увеличивается и не уменьшается. Возможно, эти механизмы станут основой для решения проблемы с костями у будущих космических путешественников. Возможно, подход, применяемый медведями, позволит исследователям преодолеть остеологическое препятствие для длительных космических перелетов.