Fotol: Dissostichus mawsoni - üks nototeenia suurimaid esindajaid - võib kaaluda kuni 90 kilogrammi (Chris Chengi ja Paul Cziko foto).
Kuidas suudavad Antarktika kalad mitte ainult eksisteerida, vaid ka elada rahulikult vee külmumispunkti lähedal? Uudishimulikud teadlased otsisid sellele keerulisele küsimusele vastust juba mitu aastat - selline "külmutamine" oleks inimkonnale kasulik. Nüüd otsustasid Ameerika teadlased uurida juuri, nimelt uurida bioloogilise antifriisi funktsioone ja geene. Ja uus töö viis väärtusliku avastuse juurde
Illinoisi ülikooli teadlased kohustusid uurima Antarktika hambakala (Dissostichus mawsoni) genoomi, et välja selgitada, mis määrab selle fantastilise vastupidavuse.
Alamrubriigi Notothenioidei kalad elavad Lõuna-Ookeani jäistes vetes ja moodustavad peaaegu 90% selle piirkonna kalade biomassist. Sel põhjusel valisid geneetikud nad katsealusteks. Kohalike vete temperatuur on selline, et kogu veealuste elanike keha oleks pidanud jääks muutuma. Seda aga ei juhtu. Miks?
Nototeenlaste ebatavaliste võimete hoolikas uurimine algas sisuliselt eelmise sajandi viiekümnendatel aastatel. 1960. aastatel eraldas Illinoisi ülikooli professor Arthur DeVries kõigepealt ja kirjeldas "külmumisvastaseid valke", mis seovad kalade veres jääkristalle, takistades selle külmumist. Süvamere elanike organism toodab neid ise.
Notothenioidei alamsüsteemis on kaheksa perekonda, neist viis elab Antarktikas, elades vaikselt madalal temperatuuril (-2–4 ° C) ja kõrge hapnikusisaldusega (mis lahustub paremini külmas vees ja muundub kehakudedele kahjulikeks reaktsioonivõimelisteks vormideks).
Devrise naise Chi-Hing "Christina" Chengi juhitud geneetikute rühm asus välja mõtlema äärmise vastupidavuse geneetilist alust.
"See töö oli esimene täismahus uuring uskumatult külmas vees elavate kalade kõigi bioloogiliste funktsioonide kohta alates sünnist kuni surmani," ütleb Cheng.
Alustuseks võtsid teadlased põhjalikult kontrolli nontoteniumi iseloomuliku esindaja - Dissostichus mawsoni üle. Christina ja tema kolleegid soovisid välja selgitada, milliseid geene avaldub Arktika hambakalas kõige sagedamini. Selleks võtsid nad neli koeproovi: ajust, munasarjadest, maksast ja neerudest (kalade peamine hematopoeetiline organ)
Reklaamvideo:
Pange tähele, kaks aastat tagasi leidsid teadlased, et maks peaaegu ei tooda kohanemiseks vajalikke valke. Mao ja eksokriinne pankreas töötavad kalade heaks palju rohkem.
Alguses otsustasid geneetikud, et Antarktika kaladel on kõigi geenide ülitõhus ekspressioon, mis võimaldab neil madalatel temperatuuridel ja kõrgel hapnikutasemel ellu jääda. Kuigi seda võimalust kaaluti ka siis, kui spetsiifilised koed toodavad suures koguses teatud valke.
"Leidsime, et enamikul juhtudel töötab konkreetne geenigrupp," ütleb Cheng. "Iga kude ekspresseerib kõiki võimalikke geene, kuid see väga väike rühm tsütoprotektiivseid geene ekspresseerub kõikides kudedes suures koguses."
Järgmisena võrdlesid teadlased D. mawsoni ja sellega mitteseotud, Maailmaookeani soojemates vetes elavate kalade geenide avaldumist ja leidsid, et enamik Antarktika kaladele vajalikke geene ei avaldu peaaegu teistes liikides.
Järjestuste hulgast, mis vastutavad teatud valkude tootmise eest suures koguses (ülereguleeritud geenid), on leitud palju geene, mis kodeerivad valke, mis vastutavad keha reageerimise eest negatiivsele keskkonnamõjule. Teadlased on loendanud koguni 177 perekonda.
Eelkõige on leitud palju chaperoneid (valgud, mille peamine ülesanne on taastada kahjustatud valkude õige tertsiaarstruktuur) ja eriti "soojusšokivalke", mis kaitsevad rakke äärmuslike temperatuuride eest. Samuti olid kohal ubikvitiinid, valgud, mis toetavad rakkude tervist ja tähistavad teisi valke enne lagundamist.
Lisaks leidub neid valke Antarktika hambakala genoomis 3–300 korda sagedamini kui selle soojavee „kolleegides“, mis suurendab ka kalaorganismi vastupidavust ekstreemsetele tingimustele.
Praegu uurivad teadlased kliimamuutuste (veetemperatuuri tõusu) mõju Antarktika kalaliikidele. Nad peavad välja selgitama, kas D. mawsoni suudab uute tingimustega kohaneda. Lõppude lõpuks, kui Antarktika hambakala välja sureb, kannatavad kõik Lõuna-Ookeani toiduahelad.
Lisateavet uuringu kohta leiate ülikooli pressiteatest, avastuse autorite artiklist, mis on avaldatud PNAS-is. Illinoisi ülikool on selle slaidiseansi ka teavitamise eesmärgil ette valmistanud.
Inimeste huvides saadud andmete praktilisest rakendamisest on muidugi veel vara rääkida. See uurimus on fundamentaalsem kui rakendatud. Kuid kas teadlased suudavad uute avastuste abil aastate pärast luua mehhanismide ja toodete jaoks mingisugust spetsiaalset antifriisi või (kui sellest tõesti unistate), parandada inimese enda madalatel temperatuuridel ellujäämise võimet - seda ei tea keegi.
