Na fotografiji: Dissostichus mawsoni - jedan od najvećih predstavnika nototenije, može težiti i do 90 kilograma (foto Chris Cheng i Paul Cziko).
Kako antarktičke ribe uspijevaju ne samo postojati, već i mirno živjeti na temperaturama blizu točke ledišta vode? Znatiželjni znanstvenici već su dugi niz godina tražili odgovor na ovo škakljivo pitanje - takvo "nezamrzavanje" bilo bi korisno čovječanstvu. Sada su američki istraživači odlučili pogledati korijen, naime, proučiti funkcije i gene biološkog antifriza. A novo djelo dovelo je do vrijednog otkrića
Znanstvenici sa Sveučilišta u Illinoisu obvezali su se ispitati genom antarktičke zubate (Dissostichus mawsoni) kako bi otkrili što određuje njezinu fantastičnu izdržljivost.
Ribe iz podreda Notothenioidei nastanjuju ledene vode Južnog oceana i čine gotovo 90% riblje biomase ove regije. Iz tog su ih razloga genetičari odabrali za ispitne subjekte. Temperatura lokalnih voda je takva da se cijelo tijelo podvodnih stanovnika trebalo pretvoriti u led. Međutim, to se ne događa. Zašto?
Pažljivo proučavanje neobičnih sposobnosti nototenaca u osnovi je započelo pedesetih godina prošlog stoljeća. Šezdesetih godina prošlog stoljeća profesor Arthur DeVries sa Sveučilišta Illinois prvo je izolirao i opisao "proteine protiv smrzavanja" koji vežu kristale leda u krvi ribe, sprečavajući ih da se smrznu. Organizam stanovnika dubokog mora proizvodi ih sam.
U podredu Notothenioidei postoji osam obitelji, od kojih pet živi na Antarktiku, mirno žive na niskim temperaturama (-2–4 ° C) i visokom udjelu kisika (koji se bolje otapa u hladnoj vodi i pretvara u visoko reaktivne oblike štetne za tjelesna tkiva).
Skupina genetičara koju je predvodila Devrisova supruga Chi-Hing "Christina" Cheng krenula je u pronalaženje genetske osnove za ekstremnu izdržljivost.
"Ovo je djelo bilo prvo cjelovito istraživanje svih bioloških funkcija riba koje cijeli život žive u nevjerojatno hladnoj vodi od rođenja do smrti", kaže Cheng.
Za početak su znanstvenici pomno kontrolirali karakterističnog predstavnika nontotenija - Dissostichus mawsoni. Christina i njezini kolege željeli su otkriti koji se geni najčešće izražavaju u arktičkom zubacu. Da bi to učinili, uzeli su četiri uzorka tkiva: iz mozga, jajnika, jetre i bubrega (glavni hematopoetski organ ribe)
Promotivni video:
Napomena: Prije dvije godine znanstvenici su otkrili da jetra gotovo ne proizvodi proteine potrebne za prilagodbu. Želudac i egzokrina gušterača rade puno više za dobrobit ribe.
Isprva su genetičari odlučili da će antarktičke ribe imati vrlo učinkovit izraz svih gena koji im omogućuju preživljavanje na niskim temperaturama i visokoj razini kisika. Iako se razmatrala i opcija kada određena tkiva proizvode velike količine određenih proteina.
"Otkrili smo da u velikoj većini slučajeva djeluje određena skupina gena", kaže Cheng. "Svako tkivo izražava sve moguće gene, ali ta vrlo mala skupina citoprotektivnih gena izražava se u velikom broju u svim tkivima."
Dalje, znanstvenici su usporedili ekspresiju gena D. mawsoni i riba nepovezanih s njima, koje žive u toplijim vodama Svjetskog oceana, i utvrdili da se većina gena potrebnih antarktičkim ribama gotovo ne manifestira u drugim vrstama.
Među sekvencama odgovornim za proizvodnju određenih proteina u velikom broju (nadregulirani geni) pronađeno je mnogo gena koji kodiraju proteine koji su odgovorni za tjelesni odgovor na negativne utjecaje okoline. Znanstvenici su izbrojali čak 177 obitelji.
Konkretno, pronađeni su različiti chaperoni (proteini čija je glavna funkcija obnavljanje ispravne tercijarne strukture oštećenih proteina), a posebno "proteini toplinskog šoka" koji štite stanice od ekstremnih temperatura. Također su bili prisutni ubikvitini, proteini koji podržavaju zdravlje stanica i obilježavaju druge proteine prije razgradnje.
Osim toga, u genomu antarktičke zubarice ovi se proteini nalaze 3 do 300 puta češće nego u njenim "kolegama" s toplom vodom, što također povećava otpornost ribljeg organizma na ekstremne uvjete.
Trenutno znanstvenici proučavaju učinak klimatskih promjena (povećanje temperature vode) na antarktičke vrste riba. Moraju otkriti može li se D. mawsoni prilagoditi novim uvjetima. Napokon, ako antarktička zubaca izumre, patit će svi prehrambeni lanci Južnog oceana.
Pročitajte više o studiji u sveučilišnom priopćenju za javnost u članku autora otkrića objavljenom u PNAS-u. Sveučilište Illinois također je pripremilo ovu prezentaciju u informativne svrhe.
Naravno, prerano je govoriti o praktičnoj primjeni podataka dobivenih u korist ljudi. Ovo je istraživanje temeljnije od primijenjenog. Međutim, hoće li znanstvenici nakon godina uz pomoć novih otkrića uspjeti stvoriti neku vrstu posebnog antifriza za mehanizme i proizvode, ili (ako to stvarno sanjate), poboljšati sposobnost preživljavanja na niskim temperaturama same osobe - to nitko ne zna.
