A fotón: Dissostichus mawsoni - a notothenia egyik legnagyobb képviselője - akár 90 kilogrammot is nyomhat (Chris Cheng és Paul Cziko fotója).
Hogyan tudnak az antarktiszi halak nemcsak létezni, hanem békésen élni a víz fagypontjához közeli hőmérsékleten is? A kíváncsi tudósok hosszú évek óta keresik a választ erre a trükkös kérdésre - egy ilyen "lefagyás" hasznos lehet az emberiség számára. Most amerikai kutatók úgy döntöttek, hogy megvizsgálják a gyökeret, nevezetesen a biológiai fagyálló funkcióinak és génjeinek tanulmányozását. Az új munka pedig értékes felfedezéshez vezetett
Az Illinoisi Egyetem tudósai vállalták, hogy megvizsgálják az antarktiszi foghal (Dissostichus mawsoni) genomját, hogy kiderítsék, mi határozza meg fantasztikus állóképességét.
A Notothenioidei alrendszer halai az Óceán déli részének jeges vizében élnek, és e régió hal biomasszájának csaknem 90% -át teszik ki. Éppen ezért a genetikusok választották őket tesztalanynak. A helyi vizek hőmérséklete olyan, hogy a víz alatti lakosok teljes testének jéggé kellett volna válnia. Ez azonban nem történik meg. Miért?
A nototénok szokatlan képességeinek alapos tanulmányozása lényegében a múlt század ötvenes éveiben kezdődött. Az 1960-as években Arthur DeVries, az Illinoisi Egyetem professzora először izolált és leírt "fagyálló fehérjéket", amelyek megkötik a jégkristályokat a hal vérében, megakadályozva annak fagyását. A mélytengeri lakosok szervezete önmagában termeli őket.
Nyolc család van a Notothenioidei alrendszerben, közülük öt az Antarktiszon él, csendesen él alacsony hőmérsékleten (-2–4 ° C) és magas oxigéntartalommal (amely jobban feloldódik hideg vízben, és a test szöveteire káros reakciókká alakul át).
Devris felesége, Chi-Hing "Christina" Cheng vezetésével egy genetikuscsoport elindult, hogy kitalálja a rendkívüli kitartás genetikai alapját.
"Ez a munka volt az első teljes körű tanulmány a hihetetlenül hideg vízben élő halak egész biológiai funkcióiról egész életükben születésüktől halálig" - mondja Cheng.
Először is, a tudósok szorosan átvették az irányítást a nontotenium egy jellegzetes képviselője - Dissostichus mawsoni felett. Christina és kollégái azt akarták megtudni, hogy mely gének fejeződnek ki leggyakrabban az északi-sarki fogakban. Ehhez négy szövetmintát vettek: az agyból, a petefészkekből, a májból és a veséből (a halak legfőbb vérképző szervéből).
Promóciós videó:
Megjegyezzük, két évvel ezelőtt a tudósok azt találták, hogy a máj szinte nem termeli az adaptációhoz szükséges fehérjéket. A gyomor és az exokrin hasnyálmirigy sokkal jobban működik a halak érdekében.
Eleinte a genetikusok úgy döntöttek, hogy az antarktiszi halak nagyon hatékonyan expresszálják az összes gént, amelyek lehetővé teszik számukra a túlélést alacsony hőmérsékleten és magas oxigéntartalom mellett. Bár ezt a lehetőséget is fontolóra vették, amikor a specifikus szövetek nagy mennyiségben termelnek bizonyos fehérjéket.
"Megállapítottuk, hogy az esetek túlnyomó többségében egy adott géncsoport működik" - mondja Cheng. "Minden szövet kifejezi az összes lehetséges gént, de a citoprotektív gének nagyon kis csoportja nagy számban expresszálódik az összes szövetben."
Ezután a tudósok összehasonlították a D. mawsoni és a vele nem összefüggő, a Világ-óceán melegebb vizein élő halak génjeinek kifejeződését, és megállapították, hogy az antarktiszi halak számára szükséges gének többsége szinte nem nyilvánul meg más fajokban.
Azok a szekvenciák, amelyek bizonyos fehérjék nagy mennyiségben történő előállításáért felelősek (szabályozott gének), sok olyan gént találtak, amelyek olyan fehérjéket kódolnak, amelyek felelősek a szervezet reakciójáért a negatív környezeti hatásokra. A tudósok 177 családot számláltak.
Különösen sok kapáteront (fehérjét, amelynek fő feladata a sérült fehérjék megfelelő harmadlagos szerkezetének helyreállítása) találtak, és különösen "hősokk-fehérjéket", amelyek megvédik a sejteket a szélsőséges hőmérsékletektől. Szintén jelen voltak az ubiquitinek, a sejtek egészségét támogató fehérjék, amelyek a lebontás előtt megjelölik más fehérjéket.
Ezenkívül az antarktiszi foghal genomjában ezek a fehérjék 3–300-szor gyakrabban találhatók meg, mint meleg vizes „társaikban”, ami szintén növeli a halorganizmus ellenállását az extrém körülmények között.
Jelenleg a tudósok a klímaváltozás (a növekvő vízhőmérséklet) hatását vizsgálják az antarktiszi halfajokra. Meg kell tudni, hogy D. mawsoni képes-e alkalmazkodni az új körülményekhez. Végül is, ha az antarktiszi foghal kihal, a Déli-óceán minden táplálékláncát meg fogja szenvedni.
A tanulmányról az egyetemi sajtóközleményben olvashat bővebben, a felfedezés szerzőinek a PNAS-ban megjelent cikkében. Az Illinoisi Egyetem tájékoztató célokra is elkészítette ezt a diavetítést.
Természetesen még korai beszélni a kapott adatok gyakorlati alkalmazásáról az emberek javára. Ez a kutatás alapvetõbb, mint az alkalmazott. Azonban függetlenül attól, hogy a tudósok évek múlva, új felfedezések segítségével képesek lesznek-e valamilyen speciális fagyálló anyagot létrehozni a mechanizmusok és termékek számára, vagy (ha valóban erről álmodoznak), javíthatják-e a túlélési képességet egy ember alacsony hőmérsékletén - senki sem tudja.