На снимката: Dissostichus mawsoni - един от най-големите представители на Nototheniaceae, може да тежи до 90 килограма (снимка на Chris Cheng и Paul Cziko).
Как антарктическите риби успяват не само да съществуват, но и да живеят спокойно при температури, близки до точката на замръзване на водата? Любопитни учени дълги години търсят отговора на този труден въпрос - подобно „незамръзване“би било полезно за човечеството. Сега американските изследователи решиха да разгледат корена, а именно да изследват функциите и гените на биологичния антифриз. И новата работа доведе до ценно откритие
Учени от Университета на Илинойс се ангажираха да изследват генома на антарктическия зъб (Dissostichus mawsoni), за да разберат какво определя фантастичната му издръжливост.
Рибите от подреда Notothenioidei обитават ледените води на Южния океан и представляват почти 90% от рибната биомаса на този регион. Поради тази причина генетиците ги избраха за тестови субекти. Температурата на местните води е такава, че цялото тяло на подводните обитатели е трябвало да се превърне в лед. Това обаче не се случва. Защо?
Внимателното проучване на необичайните способности на нототените започна по същество през петдесетте години на миналия век. През 60-те години професор Артър ДеВрис от Университета на Илинойс за първи път изолира и описа „антифриз протеини“, които свързват кристали лед в кръвта на рибите, предотвратявайки замръзването му. Организмът на обитателите на дълбоките води ги произвежда сам.
В подреда Notothenioidei има осем семейства, пет от тях живеят в Антарктида, живеят спокойно при ниски температури (-2–4 ° C) и високо съдържание на кислород (което се разтваря по-добре в студена вода и се превръща в силно реактивни форми, вредни за телесните тъкани).
Група генетици, водена от съпругата на Деврис Чи-Хинг "Кристина" Ченг, се зае да открие генетичната основа за екстремна издръжливост.
„Тази работа беше първото пълномащабно проучване на всички биологични функции на рибите, живеещи в невероятно студена вода от раждането до смъртта“, казва Ченг.
Като начало учените поеха плътен контрол върху характерен представител на нетотения - Dissostichus mawsoni. Кристина и нейните колеги искаха да разберат кои гени се изразяват най-често в арктическия зъб. За да направят това, те взеха четири тъканни проби: от мозъка, яйчниците, черния дроб и бъбреците (основният хемопоетичен орган на рибата)
Промоционално видео:
Имайте предвид, че преди две години учените установиха, че черният дроб почти не произвежда протеините, необходими за адаптация. Стомахът и екзокринният панкреас работят много повече за доброто на рибите.
Отначало генетиците решиха, че антарктическите риби ще имат високоефективна експресия на всички гени, които им позволяват да оцелеят при ниски температури и високи нива на кислород. Въпреки че се разглежда и вариантът, когато специфични тъкани произвеждат големи количества определени протеини.
„Установихме, че в по-голямата част от случаите действа специфична група гени“, казва Ченг. "Всяка тъкан изразява всички възможни гени, но тази много малка група цитопротективни гени се изразява в голям брой във всички тъкани."
След това учените сравняват експресията на гени на D. mawsoni и риби, несвързани с нея, живеещи в по-топлите води на Световния океан, и установяват, че повечето от гените, необходими на антарктическите риби, почти не се проявяват при други видове.
Сред последователностите, отговорни за производството на определени протеини в голям брой (надрегулирани гени), са открити много гени, които кодират протеини, отговорни за реакцията на организма към отрицателните влияния на околната среда. Учените са преброили цели 177 семейства.
По-специално са открити много шаперони (протеини, чиято основна функция е да възстановят правилната третична структура на увредените протеини) и особено „протеини от топлинен шок“, които предпазват клетките от екстремни температури. Също така присъстваха убиквитини, протеини, които поддържат здравето на клетките и маркират други протеини преди разграждането.
Освен това в генома на антарктическия зъболек тези протеини се намират от 3 до 300 пъти по-често, отколкото в неговите „двойници“с топла вода, което също увеличава устойчивостта на рибния организъм към екстремни условия.
В момента учените изучават ефекта от изменението на климата (повишаване на температурата на водата) върху антарктическите видове риби. Те трябва да разберат дали D. mawsoni може да се адаптира към новите условия. В края на краищата, ако антарктическите зъболеци изчезнат, всички хранителни вериги в Южния океан ще страдат.
Прочетете повече за изследването в университетското прессъобщение, в статията на авторите на откритието, публикувана в PNAS. Университетът на Илинойс също е подготвил това слайдшоу за информационни цели.
Разбира се, рано е да се говори за практическото приложение на получените данни в полза на хората. Това изследване е по-фундаментално от приложеното. Дали обаче учените след години, с помощта на нови открития, ще могат да създадат някакъв вид специален антифриз за механизми и продукти, или (ако наистина мечтаете за това), да подобрят способността да оцеляват при ниски температури на самия човек - никой не знае.