Как осьминоги адаптируются к экстремальным условиям Антарктики

Насыщенные растворенными солями, антарктические воды могут находиться на уровне чуть выше точки замерзания и даже опускаться ниже нее. Такая низкая температура, скорее всего, приведет к гибели животных, обитающих в более теплых водах на севере. Тем не менее, некоторые существа нашли способ жить в этом негостеприимном холоде.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые из Морской биологической лаборатории (MBL) и их соавторы изучили, как жизнь в таких холодных условиях изменила фермент, необходимый для функционирования нервной системы одного из животных — осьминога, обитающего в приполярных районах Южного океана. Их работа посвящена изучению одного из многочисленных способов адаптации живых существ к экстремальным условиям окружающей среды.

Мы детально рассмотрели очень важный для нервной системы фермент — натрий-калиевый насос — и задались вопросом: «Где мы видим большинство таких мест адаптации?» — говорит Джошуа Розенталь, старший научный сотрудник MBL.

Проблема жизни в холоде

Температура имеет значение для жизни, в частности, потому, что ферментам, запускающим всевозможные биохимические реакции в организме, для работы необходима тепловая энергия, которая проявляется в виде тепла. При понижении температуры активность ферментов замедляется и в конце концов прекращается.

Если некоторые животные, в том числе и люди, способны нагревать свое тело, то осьминоги лишены такой возможности. Тем не менее, эти восьмирукие существа нашли способ обитать в водах Антарктики, где холод снижает скорость ферментативных реакций в 30 раз. Особенно уязвима нервная система, поскольку для передачи и приема электрических сигналов требуется множество тщательно скоординированных реакций.

Когда все они замедляются до такой степени, возникает большой вопрос: как они адаптируются? — говорит Розенталь.

Ученые уже изучали холодовую адаптацию многих белков, но в основном не обращали внимания на белки, встроенные в мембрану, окружающую клетки. Мембранные белки выполняют множество функций, в том числе перемещают ионы в клетки и из них. Белок, находящийся в центре нового исследования, Na+/K±АТФаза, выводит ионы натрия из клеток и вводит калий, создавая разность электрических потенциалов, которая используется нейронами в качестве источника энергии для коммуникации.

Поиск изменений, которые имеют наибольшее значение

В ходе предыдущих исследований команда, в которую входят Розенталь и Мигель Холмгрен, биофизик мембранных белков из Национального института неврологических расстройств и инсульта США и давний летний исследователь Уитмен в MBL, обнаружила, что холод замедляет работу натрий-калиевых насосов антарктического осьминога, представителя рода Pareledone, гораздо меньше, чем у двухпятнистого осьминога (Octopus bimaculatus), обитающего в умеренных водах, например, у побережья Калифорнии.

Чтобы определить различия между насосами, специалисты изучили входящие в их состав строительные блоки, известные как аминокислоты. Несмотря на то, что они в основном идентичны, были обнаружены некоторые места, где аминокислоты различались. Чтобы определить, какие из этих изменений наиболее влиятельны, они поменяли их местами в насосах и проверили эффект. Сначала в насос умеренного климата добавили уникальные антарктические аминокислоты, чтобы определить, какие из них обеспечивают холодоустойчивость, а затем удалили эти антарктические изменения, чтобы вернуть насос в состояние умеренного климата, уязвимого к холоду. Таким образом, наиболее важные различия были сведены к трем, которые в совокупности позволяли насосу быстро работать при температурах, близких к нулю.

Одно из них, названное L314V, дало наибольший эффект. Замена этой аминокислоты с лейцина антарктического насоса на валин из умеренного климата привела к исчезновению вновь обретенной холодоустойчивости.

Тема для адаптаций к холоду

Составив карту расположения L314V и двух других изменений в структуре насоса, исследователи обнаружили, что они расположены на краю, обращенном к жирной мембране. В случае с L314V исследователи полагают, что изменение этой аминокислоты изменяет характер движения этой части насоса относительно мембраны, возможно, уменьшая сопротивление, что позволяет насосу работать быстрее.

Для нас вполне логично, что местом такой адаптации может быть граница между белком и мембраной, — говорит Холмгрен.

Как только мы изучим больше мембранных белков, я думаю, мы увидим больше подобных примеров.

02.10.2023


Подписаться в Telegram



Биосфера

Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита

Выращивать кальмаров в аквакультуре пытаю...

Animal Behaviour: Собаки лучше свиней реагируют на звуки человека
Animal Behaviour: Собаки лучше свиней реагируют на звуки человека

Способность собак чувствовать боль человека мо...

Ученые СПбГУ: Бактериальные споры способны пережить падение из космоса
Ученые СПбГУ: Бактериальные споры способны пережить падение из космоса

Математики Санкт-Петербургского государственно...

Animal Biotelemetry: Меховые метки улучшат технологию слежения за медведями
Animal Biotelemetry: Меховые метки улучшат технологию слежения за медведями

Благодаря новым приборам для отслеживания...

Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось

Международная группа исследователей под р...

Frontiers in Veterinary Science: Открыт способ отучить кошек царапать мебель
Frontiers in Veterinary Science: Открыт способ отучить кошек царапать мебель

Многие владельцы кошек сталкиваются с тем...

Ученый объяснил, как планктон выживает в турбулентных потоках
Ученый объяснил, как планктон выживает в турбулентных потоках

Как движутся частицы в турбулентных жидко...

EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Группа ученых из Университета Нагоя, Япон...

Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться
Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться

В результате климатического кризиса глобальное...

Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне
Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне

Наше тело состоит из триллионов различных...

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному

Исследователь из Мельбурнского университе...

New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад

По мнению исследовательской группы под ру...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
На российском рынке труда — дефицит инженеров и конструкторов на производстве
На российском рынке труда — дефицит инженеров и конструкторов на производстве
ANZJ of Public Health: Пары сварки подвергают сварщиков риску развития рака
ANZJ of Public Health: Пары сварки подвергают сварщиков риску развития рака
Казанские ученые выяснили, что русский язык позитивнее английского
Казанские ученые выяснили, что русский язык позитивнее английского
AIChE Journal: Инженеры исследуют расширение интеллекта для большей безопасности
AIChE Journal: Инженеры исследуют расширение интеллекта для большей безопасности

Новости компаний, релизы

U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред
Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Биохимики СПбГУ выяснили, что гипоксия плода в сочетании со стрессом матери может приводить к никотиновой зависимости
В России начинает работу фонд для нуждающихся в сложном высокотехнологичном лечении