Pakastamattomat Kalat Osoittivat äärimmäiset Geeninsä

2023 Kirjoittaja: Adelina Croftoon | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-07-30 23:26

Miten Etelämantereen kalat selviävät paitsi olemassaolostaan myös elää rauhanomaisesti veden jäätymispisteen lähellä olevissa lämpötiloissa? Uteliaiset tiedemiehet ovat etsineet vastausta tähän hankalaan kysymykseen monta vuotta - tällainen "jäätyminen" olisi hyödyllistä ihmiskunnalle. Nyt amerikkalaiset tutkijat päättivät tarkastella juuria, nimittäin tutkia biologisen pakkasnesteen toimintoja ja geenejä. Ja uusi työ johti arvokkaaseen löytöön

Illinoisin yliopiston tutkijat sitoutuivat tutkimaan Etelämantereen hammaskalan () genomia selvittääkseen, mikä määrittää sen fantastisen kestävyyden.

- yksi notothenian suurimmista edustajista voi painaa jopa 90 kiloa (kuva: Chris Cheng ja Paul Cziko).

Alaryhmän kalat elävät Eteläisen valtameren jäisillä vesillä ja muodostavat lähes 90% tämän alueen kalabiomassasta. Tästä syystä geneetikot valitsivat heidät koehenkilöiksi. Paikallisten vesien lämpötila on sellainen, että vedenalaisten asukkaiden koko ruumiin olisi pitänyt muuttua jääksi. Näin ei kuitenkaan tapahdu. Miksi?

Alajärjestyksessä on kahdeksan perhettä, joista viisi asuu Etelämantereella ja asuu hiljaa alhaisissa lämpötiloissa (-2–4 ° C) ja korkeassa happipitoisuudessa (joka liukenee paremmin kylmään veteen ja muuttuu erittäin reaktiivisiksi muodoiksi, jotka ovat haitallisia kehon kudoksille).

Devrisin vaimon Chi-Hing "Christina" Chengin johtama genetiikkaryhmä päätti selvittää äärimmäisen kestävyyden geneettisen perustan.

"Tämä työ oli ensimmäinen täysimittainen tutkimus uskomattoman kylmässä vedessä elävien kalojen kaikista biologisista toiminnoista syntymästä kuolemaan", Cheng sanoo.

Aluksi tutkijat ottivat tiiviissä hallinnassa nontoteniumin ominaisen edustajan -. Christina ja hänen kollegansa halusivat selvittää, mitkä geenit esiintyvät yleisimmin arktisilla hammaskalalla. Tätä varten he ottivat neljä kudosnäytettä: aivoista, munasarjoista, maksasta ja munuaisista (kalojen tärkein hematopoieettinen elin)

Cheng ja hänen kollegansa ovat tutkineet Nototheniaceae -perhettä Etelämantereella yli 20 vuoden ajan. (Kuva: Chris Cheng)

Huomaa, että kaksi vuotta sitten tutkijat havaitsivat, että maksa melkein ei tuota sopeutumiseen tarvittavia proteiineja. Vatsa ja eksokriininen haima toimivat paljon enemmän kalan hyväksi.

Aluksi geenitieteilijät päättivät, että Etelämantereen kaloilla olisi erittäin tehokas ilmentymä kaikista geeneistä, joiden avulla ne voivat selviytyä matalissa lämpötiloissa ja korkeilla happitasoilla. Vaikka sitä pidettiin myös vaihtoehtona, kun tietyt kudokset tuottavat suuria määriä tiettyjä proteiineja.

Etelämantereella elävillä kaloilla ei ole hemoglobiinia (tämä on sopeutumismekanismi happipitoiseen veteen). Monet eteläisen valtameren kalat ovat lähes läpikuultavia ja näet niiden sisäelimet ihon läpi (kuva Uwe Kils).

"Huomasimme, että useimmissa tapauksissa tietty geeniryhmä toimii", sanoo Cheng. "Jokainen kudos ilmentää kaikkia mahdollisia geenejä, mutta hyvin pieni ryhmä sytoprotektiivisia geenejä ilmentyy suuressa määrin kaikissa kudoksissa."

Seuraavaksi tutkijat vertasivat valtamerien lämpimämmillä vesillä elävien geenien ja etuyhteydettömien kalojen ilmentymistä ja havaitsivat, että suurin osa Etelämantereen kalojen tarvitsemista geeneistä ei juuri ilmene muissa lajeissa.

Notothenia -toukat voivat kasvaa jopa 9 kuukauden ikäisiksi, ja koko ajan he joutuvat kokemaan myös epäsuotuisat ympäristöolosuhteet (kuva: Chris Cheng & Kevin Hoefling).

Niiden sekvenssien joukosta, jotka ovat vastuussa tiettyjen proteiinien tuotannosta suurina määrinä (ylössäädetyt geenit), on löydetty monia geenejä, jotka koodaavat proteiineja, jotka ovat vastuussa kehon reaktiosta negatiivisiin ympäristövaikutuksiin. Tutkijat ovat laskeneet peräti 177 perhettä.

Erityisesti on löydetty monia chaperoneja (proteiineja, joiden pääasiallinen tehtävä on palauttaa vaurioituneiden proteiinien oikea tertiäärinen rakenne) ja erityisesti "lämpöshokiproteiineja", jotka suojaavat soluja äärimmäisiltä lämpötiloilta. Mukana oli myös ubikvitinejä, proteiineja, jotka ylläpitävät solujen terveyttä ja merkitsevät muita proteiineja ennen hajoamista.

Patagonian hammaskalan () laiton saalis on vaikuttanut useiden valtamerien eteläosien ravintoketjuihin 1970 -luvulta lähtien. Tutkijat ovat huolissaan samasta kohtalosta (kuva foodluvin.com ja dailymail.co.uk).

Lisäksi Etelämantereen hammaskalan genomissa näitä proteiineja esiintyy 3-300 kertaa useammin kuin sen lämpimän veden "vastineissa", mikä myös lisää kalaorganismin vastustuskykyä äärimmäisiin olosuhteisiin.

Tällä hetkellä tutkijat tutkivat ilmastonmuutoksen (veden lämpötilan nousun) vaikutuksia Etelämantereen kalalajeihin. Heidän on selvitettävä, voivatko he sopeutua uusiin olosuhteisiin. Loppujen lopuksi, jos Etelämantereen hammaskala kuolee sukupuuttoon, kaikki eteläisen valtameren ravintoketjut kärsivät.

Nuoret nototeumit jäässä. Nuoret painavat noin 13-18 kiloa, joten suurin osa heistä saadaan kiinni odottamatta kalan kasvamista (Chris Cheng & Kevin Hoefling).

Lue lisää tutkimuksesta yliopiston lehdistötiedotteessa, löytön tekijöiden artikkelissa, joka on julkaistu PNAS: ssa. Illinoisin yliopisto on myös valmistellut tämän diaesityksen tiedoksi.

On tietenkin liian aikaista puhua ihmisten hyödyksi saatujen tietojen käytännön soveltamisesta. Tämä tutkimus on perustavanlaatuisempi kuin sovellettu. Voivatko tiedemiehet vuosien jälkeen uusien löytöjen avulla kuitenkin luoda jonkinlaista erityistä pakkasnestettä mekanismeille ja tuotteille tai (jos todella haaveilet siitä) parantaa kykyä selviytyä matalissa lämpötiloissa henkilö itse - kukaan ei tiedä.