På billedet: Dissostichus mawsoni - en af de største repræsentanter for notothenia, kan veje op til 90 kg (foto af Chris Cheng og Paul Cziko).
Hvordan klarer antarktiske fisk ikke kun at eksistere, men også at leve fredeligt ved temperaturer tæt på vandets frysepunkt? Nysgerrige forskere har ledt efter svaret på dette vanskelige spørgsmål i mange år - sådan en "ikke-frysning" ville være nyttig for menneskeheden. Nu besluttede amerikanske forskere at se på roden, nemlig at undersøge funktionerne og generne af biologisk frostvæske. Og det nye arbejde førte til en værdifuld opdagelse
Forskere fra University of Illinois forpligtede sig til at undersøge genomet af den antarktiske tandfisk (Dissostichus mawsoni) for at finde ud af, hvad der bestemmer dens fantastiske udholdenhed.
Fisk af underordenen Notothenioidei bebor det iskolde vand i det sydlige Ocean og tegner sig for næsten 90% af fiskens biomasse i denne region. Det er af denne grund, at genetikere valgte dem som forsøgspersoner. Temperaturen i de lokale farvande er sådan, at hele kroppen af de undersøiske indbyggere skulle have forvandlet sig til is. Dette sker dog ikke. Hvorfor?
En omhyggelig undersøgelse af nototenernes usædvanlige evner begyndte i det væsentlige i halvtredserne af det sidste århundrede. I 1960'erne isolerede og beskrev professor Arthur DeVries fra University of Illinois først "frostvæskeproteiner", der binder iskrystaller i fiskeblod og forhindrer det i at fryse. Organismen hos indbyggerne i det dybe hav producerer dem selv.
Der er otte familier i underordenen Notothenioidei, fem af dem bor i Antarktis, lever stille ved lave temperaturer (-2–4 ° C) og højt iltindhold (som opløses bedre i koldt vand og omdannes til stærkt reaktive former, der er skadelige for kropsvæv).
En gruppe genetikere ledet af Devris 'kone Chi-Hing "Christina" Cheng satte sig for at finde ud af det genetiske grundlag for ekstrem udholdenhed.
”Dette arbejde var den første fuldskalaundersøgelse af alle de biologiske funktioner hos fisk, der lever i utroligt koldt vand fra fødsel til død,” siger Cheng.
Til at begynde med tog forskerne tæt kontrol over en karakteristisk repræsentant for nontotenium - Dissostichus mawsoni. Christina og hendes kolleger ønskede at finde ud af, hvilke gener der oftest udtrykkes i den arktiske tandfisk. For at gøre dette tog de fire vævsprøver: fra hjernen, æggestokkene, leveren og nyrerne (det vigtigste hæmatopoietiske organ af fisk)
Salgsfremmende video:
Bemærk, for to år siden fandt forskere, at leveren næsten ikke producerer de proteiner, der er nødvendige for tilpasning. Maven og den eksokrine bugspytkirtel fungerer meget mere til fordel for fisken.
I starten besluttede genetikere, at antarktiske fisk ville have en meget effektiv ekspression af alle gener, der sætter dem i stand til at overleve ved lave temperaturer og høje iltniveauer. Selvom muligheden også blev overvejet, når specifikt væv producerer store mængder af visse proteiner.
"Vi fandt ud af, at i langt de fleste tilfælde er en specifik gruppe gener på arbejde," siger Cheng. "Hvert væv udtrykker alle mulige gener, men den meget lille gruppe af cytobeskyttende gener udtrykkes i stort antal i alle væv."
Derefter sammenlignede forskere ekspressionen af gener fra D. mawsoni og fisk, der ikke var relateret til den, og levede i verdens varmere farvande og fandt ud af, at de fleste gener, der kræves af fisk fra Antarktis, næsten ikke manifesterer sig i andre arter.
Blandt de sekvenser, der er ansvarlige for produktionen af visse proteiner i store mængder (opregulerede gener), er der fundet mange gener, der koder for proteiner, der er ansvarlige for kroppens reaktion på negative miljøpåvirkninger. Forskere har talt så mange som 177 familier.
Især er der fundet mange chaperoner (proteiner, hvis hovedfunktion er at gendanne den korrekte tertiære struktur af beskadigede proteiner) og især "varmechokproteiner", der beskytter celler mod ekstreme temperaturer. Også til stede var ubiquitiner, proteiner, der understøtter cellesundhed og markerer andre proteiner før nedbrydning.
Derudover findes disse proteiner i genomet fra den antarktiske tandfisk 3 til 300 gange oftere end i dens "modstykker" i varmt vand, hvilket også øger fiskorganismenes modstand mod ekstreme forhold.
I øjeblikket studerer forskere effekten af klimaændringer (stigende vandtemperatur) på fiskearter i Antarktis. De er nødt til at finde ud af, om D. mawsoni kan tilpasse sig nye forhold. Når alt kommer til alt, hvis tandfisk fra Antarktis udryddes, vil alle fødekæder i det sydlige Ocean lide.
Læs mere om undersøgelsen i universitetets pressemeddelelse i artiklen af forfatterne til opdagelsen, offentliggjort i PNAS. University of Illinois har også forberedt dette diasshow til informationsformål.
Det er selvfølgelig for tidligt at tale om den praktiske anvendelse af de data, der er opnået til gavn for mennesker. Denne forskning er mere grundlæggende end anvendt. Uanset om forskere efter år ved hjælp af nye opdagelser vil være i stand til at skabe en slags speciel frostvæske til mekanismer og produkter eller (hvis du virkelig drømmer om det) kan forbedre evnen til at overleve ved lave temperaturer hos en person selv - ingen ved.
