Fotoattēlā: Dissostichus mawsoni ir viens no lielākajiem nototēnijas pārstāvjiem, tā svars var sasniegt 90 kilogramus (Krisa Čenga un Pola Čiko foto).
Kā Antarktīdas zivīm izdodas ne tikai eksistēt, bet arī mierīgi dzīvot temperatūrā, kas ir tuvu ūdens sasalšanas punktam? Ziņkārīgie zinātnieki daudzus gadus meklēja atbildi uz šo viltīgo jautājumu - šāds "nesasaldējums" būtu noderīgs cilvēcei. Tagad amerikāņu pētnieki nolēma aplūkot sakni, proti, izpētīt bioloģiskā antifrīza funkcijas un gēnus. Un jaunais darbs noveda pie vērtīga atklājuma
Ilinoisas universitātes zinātnieki apņēmās pārbaudīt Antarktīdas zobenzivs (Dissostichus mawsoni) genomu, lai noskaidrotu, kas nosaka tās fantastisko izturību.
Notothenioidei apakškārtas zivis apdzīvo ledus okeāna dienvidu ūdeņus un veido gandrīz 90% no šī reģiona zivju biomasas. Šī iemesla dēļ ģenētiķi izvēlējās viņus kā testa subjektus. Vietējo ūdeņu temperatūra ir tāda, ka visam zemūdens iedzīvotāju ķermenim vajadzēja pārvērsties ledū. Tomēr tas nenotiek. Kāpēc?
Rūpīga nototēniešu neparasto spēju izpēte būtībā sākās pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados. Sešdesmitajos gados Ilinoisas universitātes profesors Artūrs DeVriss vispirms izolēja un aprakstīja "antifrīzu olbaltumvielas", kas zivju asinīs saista ledus kristālus, neļaujot tiem sasalt. Dziļjūras iedzīvotāju organisms tos ražo pats.
Notothenioidei apakškārtā ir astoņas ģimenes, piecas no tām dzīvo Antarktīdā, mierīgi dzīvo zemā temperatūrā (-2–4 ° C) un ar augstu skābekļa saturu (kas labāk izšķīst aukstā ūdenī un pārvēršas ļoti reaktīvās formās, kas kaitē ķermeņa audiem).
Devrisa sievas Si-Hingas "Kristīnas" Čengas vadīta ģenētiķu grupa nolēma noskaidrot ārkārtējās izturības ģenētisko pamatu.
"Šis darbs bija pirmais pilna mēroga pētījums par visām bioloģiskajām funkcijām zivīm, kas dzīvo neticami aukstā ūdenī no dzimšanas līdz nāvei," saka Čengs.
Vispirms zinātnieki cieši kontrolēja raksturīgo nontotenija pārstāvi - Dissostichus mawsoni. Kristīna un viņas kolēģi vēlējās noskaidrot, kuri gēni visbiežāk izpaužas Arktikas zobenzivī. Lai to izdarītu, viņi paņēma četrus audu paraugus: no smadzenēm, olnīcām, aknām un nierēm (galvenais zivju hematopoētiskais orgāns).
Reklāmas video:
Ņemiet vērā, ka pirms diviem gadiem zinātnieki atklāja, ka aknas gandrīz neražo olbaltumvielas, kas nepieciešamas adaptācijai. Kuņģis un eksokrīnā aizkuņģa dziedzeris daudz vairāk strādā zivju labā.
Sākumā ģenētiķi nolēma, ka Antarktīdas zivīm būs ļoti efektīva visu gēnu ekspresija, kas ļauj tām izdzīvot zemā temperatūrā un augstā skābekļa līmenī. Lai gan opcija tika apsvērta arī tad, kad specifiskie audi ražo lielu daudzumu noteiktu olbaltumvielu.
"Mēs noskaidrojām, ka lielākajā daļā gadījumu darbojas noteikta gēnu grupa," saka Čengs. "Katrs auds izsaka visus iespējamos gēnus, bet šī ļoti mazā citoprotektīvo gēnu grupa visos audos tiek izteikta lielā skaitā."
Pēc tam zinātnieki salīdzināja D. mawsoni un ar to nesaistītu zivju, kas dzīvo pasaules okeāna siltākajos ūdeņos, gēnu izpausmi un atklāja, ka lielākā daļa Antarktikas zivīm nepieciešamo gēnu gandrīz neizpaužas citās sugās.
Starp sekvencēm, kas ir atbildīgas par noteiktu olbaltumvielu ražošanu lielā skaitā (pārregulēti gēni), ir atrasti daudzi gēni, kas kodē olbaltumvielas, kas ir atbildīgas par ķermeņa reakciju uz negatīvu vides ietekmi. Zinātnieki saskaitījuši pat 177 ģimenes.
Jo īpaši ir atrasti dažādi šaperoni (olbaltumvielas, kuru galvenā funkcija ir atjaunot bojāto olbaltumvielu pareizo terciāro struktūru), un jo īpaši "siltuma šoka olbaltumvielas", kas aizsargā šūnas no ekstremālām temperatūrām. Klāt bija arī ubikvitīni, olbaltumvielas, kas atbalsta šūnu veselību un iezīmē citus proteīnus pirms noārdīšanās.
Turklāt Antarktīdas zobenzivju genomā šie proteīni ir sastopami no 3 līdz 300 reizēm biežāk nekā siltā ūdens "kolēģos", kas arī palielina zivju organisma izturību pret ekstremāliem apstākļiem.
Šobrīd zinātnieki pēta klimata pārmaiņu (ūdens temperatūras paaugstināšanās) ietekmi uz Antarktikas zivju sugām. Viņiem ir jānoskaidro, vai D. mawsoni var pielāgoties jauniem apstākļiem. Galu galā, ja Antarktīdas zobenzivis izzudīs, cietīs visas Dienvidu okeāna pārtikas ķēdes.
Vairāk par pētījumu lasiet universitātes preses relīzē, atklājuma autoru rakstā, kas publicēts PNAS. Ilinoisas universitāte šo slaidrādi ir sagatavojusi arī informatīviem nolūkiem.
Protams, ir pāragri runāt par iegūto datu praktisku izmantošanu cilvēku labā. Šis pētījums ir fundamentālāks nekā piemērots. Tomēr, vai zinātnieki pēc gadiem ar jaunu atklājumu palīdzību varēs izveidot kaut kādu īpašu antifrīzu mehānismiem un izstrādājumiem, vai (ja par to tiešām sapņojat), uzlabot paša cilvēka spēju izdzīvot zemā temperatūrā - neviens to nezina.