Na fotografiji: Dissostichus mawsoni je eden največjih predstavnikov nototenije, tehta lahko do 90 kilogramov (foto Chris Cheng in Paul Cziko).
Kako antarktičnim ribam uspe ne samo, da obstajajo, ampak tudi mirno živijo pri temperaturah blizu ledišča vode? Radovedni znanstveniki že vrsto let iščejo odgovor na to zapleteno vprašanje - takšna "ne zamrznitev" bi bila človeštvu koristna. Zdaj so se ameriški raziskovalci odločili pogledati korenino, in sicer preučiti funkcije in gene biološkega antifriza. In novo delo je pripeljalo do dragocenega odkritja
Znanstveniki z univerze v Illinoisu so se zavezali, da bodo preučili genom antarktične zobate ribe (Dissostichus mawsoni), da bi ugotovili, kaj določa njeno fantastično vzdržljivost.
Ribe iz podreda Notothenioidei naseljujejo ledene vode Južnega oceana in predstavljajo skoraj 90% ribje biomase te regije. Iz tega razloga so jih genetiki izbrali za preizkušance. Temperatura lokalnih voda je takšna, da bi se moralo celotno telo podvodnih prebivalcev spremeniti v led. Vendar se to ne zgodi. Zakaj?
Skrbno preučevanje nenavadnih sposobnosti nototenov se je v bistvu začelo v petdesetih letih prejšnjega stoletja. V šestdesetih letih je profesor Arthur DeVries z univerze v Illinoisu najprej izoliral in opisal "proteine proti zmrzovanju", ki vežejo ledene kristale v ribje krvi in preprečujejo njegovo zmrzovanje. Organizem prebivalcev globokega morja jih proizvaja sam.
V podredu Notothenioidei je osem družin, pet jih živi na Antarktiki, mirno živi pri nizkih temperaturah (-2–4 ° C) in visoki vsebnosti kisika (ki se v hladni vodi bolje raztopi in spremeni v močno reaktivne oblike, škodljive za telesna tkiva).
Skupina genetikov, ki jo je vodila Devrisova žena Chi-Hing "Christina" Cheng, si je prizadevala ugotoviti genetsko osnovo za izjemno vzdržljivost.
"To delo je bila prva obsežna študija vseh bioloških funkcij rib, ki vse življenje živijo v neverjetno hladni vodi od rojstva do smrti," pravi Cheng.
Za začetek so znanstveniki natančno prevzeli nadzor nad značilnim predstavnikom nontotenija - Dissostichus mawsoni. Christina in njeni kolegi so želeli ugotoviti, kateri geni so najpogosteje izraženi v arktični zobotrebci. Za to so odvzeli štiri vzorce tkiva: iz možganov, jajčnikov, jeter in ledvic (glavni hematopoetski organ rib)
Promocijski video:
Pred dvema letoma so znanstveniki ugotovili, da jetra skoraj ne proizvajajo beljakovin, potrebnih za prilagajanje. Želodec in eksokrina trebušna slinavka delujeta veliko bolj v dobro rib.
Sprva so se genetiki odločili, da bodo antarktične ribe imele zelo učinkovit izraz vseh genov, ki jim omogočajo preživetje pri nizkih temperaturah in visoki ravni kisika. Čeprav je bila upoštevana tudi možnost, ko določena tkiva proizvajajo velike količine nekaterih beljakovin.
"Ugotovili smo, da v veliki večini primerov deluje določena skupina genov," pravi Cheng. "Vsako tkivo izraža vse možne gene, toda tista zelo majhna skupina citoprotektivnih genov je v vseh tkivih izražena v velikem številu."
Nato so znanstveniki primerjali izražanje genov D. mawsoni in z njim nepovezanih rib, ki živijo v toplejših vodah Svetovnega oceana, in ugotovili, da se večina genov, ki jih potrebujejo antarktične ribe, skoraj ne kaže v drugih vrstah.
Med zaporedji, odgovornimi za proizvodnjo določenih beljakovin v velikih količinah (nadregulirani geni), je bilo najdenih veliko genov, ki kodirajo proteine, ki so odgovorni za odziv telesa na negativne vplive okolja. Znanstveniki so našteli kar 177 družin.
Ugotovljeno je bilo predvsem veliko spremljevalcev (beljakovin, katerih glavna naloga je obnoviti pravilno terciarno strukturo poškodovanih beljakovin), predvsem pa "beljakovine toplotnega šoka", ki celice ščitijo pred ekstremnimi temperaturami. Prisotni so bili tudi ubikvitini, beljakovine, ki podpirajo zdravje celic in označujejo druge beljakovine pred razgradnjo.
Poleg tega najdemo te beljakovine v genomu antarktične zobotrebce od 3 do 300 krat pogosteje kot v njegovih "kolegih" s toplo vodo, kar tudi poveča odpornost ribjega organizma na ekstremne razmere.
Trenutno znanstveniki preučujejo vpliv podnebnih sprememb (naraščajoča temperatura vode) na antarktične vrste rib. Ugotoviti morajo, ali se D. mawsoni lahko prilagodi novim razmeram. Konec koncev, če bodo antarktični zobarji izumrli, bodo trpele vse prehranjevalne verige južnega oceana.
Več o študiji preberite v univerzitetnem sporočilu za javnost v članku avtorjev odkritja, objavljenem v PNAS. Univerza v Illinoisu je prav tako pripravila to diaprojekcijo v informativne namene.
Seveda je prezgodaj govoriti o praktični uporabi podatkov, pridobljenih v korist ljudi. Ta raziskava je bolj temeljna kot uporabljena. Ali pa bodo znanstveniki po letih s pomočjo novih odkritij lahko ustvarili nekakšen poseben antifriz za mehanizme in izdelke ali (če o tem resnično sanjate) izboljšali sposobnost preživetja pri nizkih temperaturah človeka samega - nihče ne ve.