På bildet: Dissostichus mawsoni - en av de største representantene for Nototheniaceae, kan veie opp til 90 kilo (foto av Chris Cheng og Paul Cziko).
Hvordan klarer Antarktis fisk ikke bare å eksistere, men også å leve fredelig ved temperaturer nær vannets frysepunkt? Nysgjerrige forskere har lett etter svaret på dette vanskelige spørsmålet i mange år - en slik "ikke-frysing" vil være nyttig for menneskeheten. Nå bestemte amerikanske forskere seg for å se på roten, nemlig å studere funksjonene og genene til biologisk frostvæske. Og det nye arbeidet førte til en verdifull oppdagelse
Forskere fra University of Illinois forpliktet seg til å undersøke genomet til tannfisken i Antarktis (Dissostichus mawsoni) for å finne ut hva som bestemmer dens fantastiske utholdenhet.
Fisk av underordnen Notothenioidei bor i det iskalde vannet i Sørhavet og utgjør nesten 90% av fiskebiomassen i denne regionen. Det er av denne grunn at genetikere valgte dem som forsøkspersoner. Temperaturen på det lokale vannet er slik at hele kroppen til undervannsinnbyggerne burde ha blitt til is. Dette skjer imidlertid ikke. Hvorfor?
En grundig undersøkelse av de uvanlige evnene til nototenerne startet i hovedsak på femtitallet av forrige århundre. På 1960-tallet isolerte og beskrev professor Arthur DeVries ved University of Illinois først "frostvæskeproteiner" som binder iskrystaller i fiskeblod, og forhindrer at det fryser. Organismen til innbyggerne i dypvannet produserer dem selv.
Det er åtte familier i underordenen Notothenioidei, fem av dem bor i Antarktis, lever stille ved lave temperaturer (-2–4 ° C) og høyt oksygeninnhold (som oppløses bedre i kaldt vann og forvandles til svært reaktive former som er skadelige for kroppsvev).
En gruppe genetikere ledet av Devris 'kone Chi-Hing "Christina" Cheng satte seg for å finne ut det genetiske grunnlaget for ekstrem utholdenhet.
"Dette arbeidet var den første fullskalaundersøkelsen av alle de biologiske funksjonene til fisk som lever i utrolig kaldt vann fra fødsel til død," sier Cheng.
Til å begynne med tok forskerne nøye kontroll over en karakteristisk representant for nontotenium - Dissostichus mawsoni. Christina og hennes kolleger ønsket å finne ut hvilke gener som oftest uttrykkes i den arktiske tannfisken. For å gjøre dette tok de fire vevsprøver: fra hjernen, eggstokkene, leveren og nyrene (det viktigste hematopoietiske organet til fisk)
Kampanjevideo:
Merk, for to år siden fant forskere at leveren nesten ikke produserer proteiner som er nødvendige for tilpasning. Magen og den eksokrine bukspyttkjertelen fungerer mye mer til beste for fisken.
Først bestemte genetikere at fisk i Antarktis ville ha svært effektivt uttrykk for alle gener som gjør det mulig for dem å overleve ved lave temperaturer og høye oksygennivåer. Selv om alternativet også ble vurdert når bestemte vev produserer store mengder av visse proteiner.
"Vi fant at i de aller fleste tilfeller er en bestemt gruppe gener på jobb," sier Cheng. "Hvert vev uttrykker alle mulige gener, men den veldig lille gruppen av cytobeskyttende gener uttrykkes i stort antall i alle vev."
Deretter sammenlignet forskere uttrykket av gener av D. mawsoni og fisk som ikke var relatert til det, og bodde i det varmere vannet i verdenshavet, og fant at de fleste genene som trengs av antarktisk fisk nesten ikke manifesterer seg i andre arter.
Blant sekvensene som er ansvarlige for produksjonen av visse proteiner i stort antall (oppregulerte gener), er det funnet mange gener som koder for proteiner som er ansvarlige for kroppens respons på negativ miljøpåvirkning. Forskere har telt så mange som 177 familier.
Spesielt er det funnet en rekke kaproner (proteiner hvis hovedfunksjon er å gjenopprette riktig tertiær struktur av skadede proteiner), og spesielt "varmesjokkproteiner" som beskytter celler mot ekstreme temperaturer. Også til stede var ubiquitiner, proteiner som støtter cellehelse og markerer andre proteiner før nedbrytning.
I tillegg, i genomet til tannfisk i Antarktis, blir disse proteinene funnet fra 3 til 300 ganger oftere enn i "motstykker" i varmt vann, noe som også øker fiskenes motstand mot ekstreme forhold.
For øyeblikket studerer forskere effekten av klimaendringer (økende vanntemperatur) på fiskearter i Antarktis. De må finne ut om D. mawsoni kan tilpasse seg nye forhold. Tross alt, hvis tannfisk fra Antarktis blir utryddet, vil alle næringskjeder i Sørhavet lide.
Les mer om studien i universitetets pressemelding, i artikkelen av forfatterne av oppdagelsen, publisert i PNAS. University of Illinois har også utarbeidet denne lysbildefremvisningen for informasjonsformål.
Det er selvfølgelig for tidlig å snakke om den praktiske anvendelsen av dataene som er innhentet til fordel for mennesker. Denne forskningen er mer grunnleggende enn anvendt. Imidlertid, enten forskere etter år, ved hjelp av nye funn, vil være i stand til å lage en slags spesiell frostvæske for mekanismer og produkter, eller (hvis du virkelig drømmer om det), for å forbedre evnen til å overleve ved lave temperaturer til en person selv - ingen vet.
