Nuotraukoje: Dissostichus mawsoni yra vienas didžiausių nototenijos atstovų, jis gali sverti iki 90 kilogramų (Chriso Chengo ir Paulo Cziko nuotrauka).
Kaip Antarkties žuvims pavyksta ne tik egzistuoti, bet ir ramiai gyventi esant temperatūrai, artimai vandens užšalimo temperatūrai? Smalsūs mokslininkai daugelį metų ieškojo atsakymo į šį keblų klausimą - toks „neužšalimas“būtų naudingas žmonijai. Dabar amerikiečių mokslininkai nusprendė pažvelgti į šaknį, būtent ištirti biologinio antifrizo funkcijas ir genus. Naujas darbas paskatino rasti vertingą atradimą
Ilinojaus universiteto mokslininkai įsipareigojo ištirti Antarkties dantų žuvelės (Dissostichus mawsoni) genomą, kad išsiaiškintų, kas lemia jo fantastišką ištvermę.
Notothenioidei papunkčio žuvys gyvena lediniuose Pietų vandenyno vandenyse ir sudaro beveik 90% šio regiono žuvų biomasės. Būtent dėl šios priežasties genetikai juos pasirinko kaip tiriamuosius. Vietinių vandenų temperatūra yra tokia, kad visas povandeninių gyventojų kūnas turėjo virsti ledu. Tačiau taip neatsitinka. Kodėl?
Atidžiai tirti neįprastus nototėnų sugebėjimus iš esmės pradėjo praėjusio amžiaus penkiasdešimtmetis. 1960-aisiais Ilinojaus universiteto profesorius Arthuras DeVriesas pirmiausia išskyrė ir aprašė „antifrizo baltymus“, kurie suriša ledo kristalus žuvies kraujyje, neleisdami jam užšalti. Giliavandenių gyventojų organizmas juos gamina pats.
Notothenioidei poskyryje yra aštuonios šeimos, penkios iš jų gyvena Antarktidoje, tyliai gyvena esant žemai temperatūrai (-2–4 ° C) ir dideliam deguonies kiekiui (kuris geriau ištirpsta šaltame vandenyje ir virsta labai reaktyviomis kūno audiniams kenksmingomis formomis).
Devriso žmonos Chi-Hing „Christina“Cheng vadovaujama genetikų grupė ėmėsi išsiaiškinti ypatingos ištvermės genetinį pagrindą.
„Šis darbas buvo pirmasis išsamus visų žuvų, gyvenančių neįtikėtinai šaltame vandenyje, biologinių funkcijų tyrimas visą gyvenimą nuo gimimo iki mirties“, - sako Chengas.
Pirmiausia mokslininkai atidžiai kontroliavo būdingą nontoteniumo atstovą - Dissostichus mawsoni. Christina ir jos kolegos norėjo išsiaiškinti, kurie genai dažniausiai pasireiškia Arkties dantyje. Norėdami tai padaryti, jie paėmė keturis audinių mėginius: iš smegenų, kiaušidžių, kepenų ir inkstų (pagrindinio žuvų kraujodaros organo).
Reklaminis vaizdo įrašas:
Atkreipkite dėmesį, kad prieš dvejus metus mokslininkai nustatė, kad kepenys beveik negamina adaptacijai reikalingų baltymų. Skrandis ir egzokrininė kasa daug labiau veikia žuvų labui.
Iš pradžių genetikai nusprendė, kad Antarkties žuvys labai efektyviai ekspresuos visus genus, leidžiančius joms išgyventi esant žemai temperatūrai ir dideliam deguonies lygiui. Nors šis variantas taip pat buvo svarstomas, kai specifiniai audiniai gamina didelį kiekį tam tikrų baltymų.
"Mes nustatėme, kad daugeliu atvejų veikia tam tikra genų grupė", - sako Chengas. "Kiekvienas audinys išreiškia visus įmanomus genus, tačiau ta labai maža citoprotekcinių genų grupė yra išreikšta dideliu kiekiu visuose audiniuose."
Tada mokslininkai palygino D. mawsoni ir su juo nesusijusių žuvų, gyvenančių šiltesniuose pasaulio vandenyno vandenyse, išraišką ir nustatė, kad dauguma Antarkties žuvims reikalingų genų beveik nepasireiškia kitose rūšyse.
Tarp sekų, atsakingų už didelę tam tikrų baltymų gamybą (reguliuojami genai), nustatyta daug genų, kurie koduoja baltymus, atsakingus už organizmo reakciją į neigiamą aplinkos poveikį. Mokslininkai suskaičiavo net 177 šeimas.
Visų pirma rasta daugybė chaperonų (baltymų, kurių pagrindinė funkcija yra atkurti teisingą pažeistų baltymų tretinę struktūrą), ypač „šilumos smūgio baltymų“, kurie apsaugo ląsteles nuo ekstremalių temperatūrų. Taip pat buvo ubikvitinų - baltymų, kurie palaiko ląstelių sveikatą ir žymi kitus baltymus prieš skaidymąsi.
Be to, Antarktidos dantžuvės genome šie baltymai randami nuo 3 iki 300 kartų dažniau nei šilto vandens „kolegose“, o tai taip pat padidina žuvų organizmo atsparumą ekstremalioms sąlygoms.
Šiuo metu mokslininkai tiria klimato pokyčių (didėjančios vandens temperatūros) poveikį Antarkties žuvų rūšims. Jie turi išsiaiškinti, ar D. mawsoni gali prisitaikyti prie naujų sąlygų. Galų gale, jei Antarkties dantų žuvis išnyks, nukentės visos pietinio vandenyno maisto grandinės.
Daugiau apie tyrimą skaitykite universiteto pranešime spaudai, atradimo autorių straipsnyje, paskelbtame PNAS. Ilinojaus universitetas taip pat parengė šią skaidrių peržiūrą informaciniais tikslais.
Žinoma, dar anksti kalbėti apie gautų duomenų praktinį pritaikymą žmonių labui. Šis tyrimas yra esminis nei taikomas. Tačiau ar mokslininkai po daugelio metų, pasitelkę naujus atradimus, sugebės sukurti kažkokį specialų antifrizą mechanizmams ir produktams, ar (jei tikrai apie tai svajojate) pagerinti galimybę išgyventi esant žemai paties žmogaus temperatūrai - niekas nežino.