Что помогает осьминогам выживать в экстремально низких температурах
Антарктические осьминоги обитают в самых холодных водах нашей планеты, где температура воды не превышает 10°C и часто опускается до нуля градусов. Долгое время исследователям оставалось загадкой, каким образом эти моллюски способны выживать в столь экстремальных условиях.
Недавние исследования, проведенные Морской биологической лабораторией в США, раскрывают, что осьминоги рода Pareledone, обитающие в этих холодных водах, выработали необычные механизмы для поддержания жизнедеятельности. Они используют все три своих сердца, чтобы перекачивать специальный вид голубой крови по всем уголкам своего тела, обеспечивая ткани кислородом даже в антарктических условиях.
Кроме того, у антарктических осьминогов были обнаружены "адаптированные к холоду" ферменты, которые сходны с теми, что имеют многие другие виды, обитающие в холодных водах постоянно. Эти ферменты играют ключевую роль во многих биохимических процессах и отличаются своей уникальной гибкостью, что позволяет им функционировать даже при низких температурах. В отличие от этого, ферменты осьминогов, приспособившихся к более умеренным климатическим условиям, замедляют свою активность на 25 процентов при столкновении с аналогичными экстремальными факторами.
Основное значение в этой истории имеют растворимые ферменты, аналогичные тем, которые участвуют в расщеплении пищи в кишечнике. Эти ферменты способны легче приспосабливаться к разным температурам благодаря особой природе химических реакций, в которых они участвуют. Тем не менее, не все ферменты в организме могут так легко адаптироваться, так как некоторые из них находятся в клеточных мембранах и подвержены более жестким условиям.
Особенно интересны натрий-калиевые насосы, трансмембранные белки, которые переносят важные ионы внутрь и из клетки, и расщепляют молекулу аденозинтрифосфата (АТФ), источник энергии клетки. Эти насосы непрерывно работают во всех клетках животных и, таким образом, играют важную роль в поддержании их жизнедеятельности.
Исследователи из Морской биологической лаборатории Университета Пуэрто-Рико и Национального института неврологических расстройств и инсульта США решили разобраться в том, как белковые насосы помогают антарктическим осьминогам выживать в холодных условиях. Для этого они создали две модели: одну на основе белка натрий-калиевого насоса, обнаруженного у антарктических осьминогов, и другую на основе того же насоса двупятнистых осьминогов (Octopus bimaculatus), вида осьминогов, найденных в умеренных широтах.
Исследование показало, что у антарктических моллюсков "насос" эффективнее работает при нулевой температуре и был менее чувствителен к холоду, чем у осьминогов умеренных широт. Причиной такой разницы является наличие аминокислотных мутаций, придающих белку устойчивость к холоду.
Ученые обнаружили 12 участков в аминокислотной последовательности белка, где мутации придают устойчивость к холоду. Экспериментальное добавление этих мутаций в модель показало, что три определенные мутации совместно обеспечивают большую холодоустойчивость натрий-калиевого насоса. Причем, большинство этих мутаций находятся на границе между "насосом" и остальной частью клеточной мембраны.
Это открытие, по мнению исследователей, предоставляет глубокое понимание того, как белковые насосы антарктических осьминогов обеспечивают активность клеток в условиях низких температур.
