Τα υπεργίγαντα ισόποδα βαθέων υδάτων αντέχουν χρόνια χωρίς τροφή συνδυάζοντας ένα διευρυμένο στομάχι με μεταβολικό έλεγχο προσαρμοσμένο στο κρύο.
Το νέο σύστημα
Το να ζεις χωρίς τροφή για μια μέρα είναι δύσκολο. Το να ζεις χωρίς τροφή για πέντε χρόνια φαίνεται αδύνατο. Ωστόσο, το υπεργίγαντα βαθυνομίδιο, ένα γιγάντιο ισόποδο βαθέων υδάτων που μπορεί να γίνει μεγαλύτερο από μια μπάλα ποδοσφαίρου, επιβιώνει συστηματικά για χρόνια μεταξύ των γευμάτων σε ένα από τα πιο λιμοκτονικά περιβάλλοντα στη Γη.
Αυτή η φαινομενική αντίφαση προβληματίζει εδώ και καιρό τους επιστήμονες. Πώς μπορεί ένα ζώο που φτάνει σε τόσο εντυπωσιακά μεγέθη να ευδοκιμεί στα βάθη του ωκεανού, όπου τα θρεπτικά συστατικά είναι λιγοστά και οι ευκαιρίες σίτισης είναι απρόβλεπτες;
Μια ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Ωκεανολογίας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (IOCAS) ξεκίνησε να απαντά σε αυτό το ερώτημα. Χρησιμοποιώντας πολυομικές αναλύσεις και λειτουργικά πειράματα, ανακάλυψαν ότι τα ισόποδα βαθέων υδάτων συνδυάζουν ένα τεράστιο στομάχι αποθήκευσης τροφής με έναν εξαιρετικά χαμηλό βασικό μεταβολικό ρυθμό (BMR), επιτρέποντάς τους να αντέχουν παρατεταμένες περιόδους πείνας.
Η επιβίωση εξαρτάται από την αυτοσυγκράτηση
Για τη μελέτη, οι ερευνητές εξέτασαν δύο είδη ισοπόδων που ζουν σε διαφορετικά βάθη: το Bathynomus jamesi από περίπου 898 μέτρα και το Bathynomus doederleini από περίπου 300 μέτρα. Συνδυάζοντας τη συγκριτική γονιδιωματική με αναλύσεις ανατομίας, φυσιολογίας, συμπεριφοράς και σχετικών μικροβίων, εντόπισαν ένα μοτίβο επιβίωσης που περιγράφεται ως «αύξηση εσόδων και μείωση δαπανών» σε απόκριση στην περιορισμένη τροφή.
Στα ισόποδα βαθέων υδάτων, το στομάχι καταλαμβάνει περίπου τα δύο τρίτα του σώματος, καθιστώντας το πολύ μεγαλύτερο από τα στομάχια συγγενών ειδών από ρηχά νερά ή ενδιάμεσα ενδιαιτήματα. Όταν είναι γεμάτο με τροφή, το στομάχι περιέχει ένα λεπτοαλεσμένο, βαριά χωνεμένο, λασπώδες μείγμα με σχετικά λίγα πεπτικά βακτήρια, όπως τα Firmicutes.
Είναι, αντίθετα, πλούσιο σε χλαμύδια, τα οποία συνδέονται με την αποθήκευση λιπιδίων. Συνολικά, αυτά τα χαρακτηριστικά υποδηλώνουν ότι τα ισόποδα των βαθέων υδάτων μπορεί να τρώνε μεγάλα γεύματα κάθε φορά που υπάρχει διαθέσιμη τροφή και στη συνέχεια να μειώνουν απότομα τον βασικό μεταβολικό ρυθμό (BMR) τους, επιτρέποντας την πέψη και την αργή χρήση των αποθηκευμένων αποθεμάτων για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Ένα δανεισμένο γονίδιο αλλάζει τον μεταβολισμό
Οι ερευνητές βρήκαν επίσης ένα οριζόντια μεταφερόμενο γονίδιο, το ND1, που προήλθε από ένα εξωτερικό συμβιωτικό βακτήριο και αργότερα έγινε μέρος του γονιδιώματος των ισοπόδων. Το γονίδιο είναι ομόλογο με ένα συστατικό του Συμπλέγματος Ι στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και πιστεύεται ότι έχει σημαντικό ρόλο στον μεταβολισμό της ενέργειας.
Αν και τα οριζόντια μεταφερόμενα γονίδια μπορούν να αντιμετωπίσουν περιορισμούς μετά την είσοδο σε ένα νέο γονιδίωμα, το ND1 φαίνεται να έχει ξεπεράσει ορισμένα από αυτά τα εμπόδια αντιγράφοντας μετά τη μεταφορά και φτάνοντας σε εξαιρετικά υψηλά επίπεδα έκφρασης. Οι ερευνητές εντόπισαν επίσης έναν μηχανισμό που ελέγχει την έκφραση γονιδίων σε ισόποδα των βαθέων υδάτων μέσω επιγενετικών αλλαγών στις ιστόνες, επιτυγχάνοντας «υψηλή απόδοση, εξοικονόμηση ενέργειας και ακριβή έλεγχο». Η εξαιρετικά υψηλή έκφραση του ND1 ελέγχεται ειδικά από την ακετυλίωση ιστονών.
Για να εξετάσουν τι κάνει το ND1, οι ερευνητές το εισήγαγαν σε ζεβρόψαρα, νηματώδη και ανθρώπινα κύτταρα 293T. Σε κανονικές θερμοκρασίες, το ND1 αύξησε τον μεταβολισμό ενέργειας και έκανε τους οργανισμούς λιγότερο ικανούς να ανεχθούν την πείνα. Υπό συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας (που προσομοιώνουν το περιβάλλον βαθέων υδάτων), ωστόσο, η εισβολή του ND1 κατέστειλε τον μεταβολισμό ενέργειας και μείωσε τη μιτοχονδριακή δραστηριότητα. Στο ζεβρόψαρο, αυτό αύξησε την ανοχή στην πείνα κατά 37%.
Οι γίγαντες βαθέων υδάτων εξισορροπούν τους συμβιβασμούς
Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το ND1 βοηθά στην προσαρμογή του μιτοχονδριακού μεταβολικού δικτύου ρυθμίζοντας την μεταβολική καταστολή. Αυτό φαίνεται να βοηθά στην επίλυση του κεντρικού συμβιβασμού μεταξύ των υψηλών ενεργειακών αναγκών του γιγαντισμού και της ανάγκης εξοικονόμησης ενέργειας σε ακραία περιβάλλοντα.
Αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που δείχνει μια νέα εξελικτική στρατηγική στην οποία η μεγαπανίδα των βαθέων υδάτων αναδιαμορφώνει την κατανομή ενέργειας μέσω οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων σε συνδυασμό με επιγενετική βελτιστοποίηση.
«Η εργασία μας όχι μόνο αποκρυπτογραφεί το μυστήριο της εξαιρετικά μακράς ανοχής στην πείνα στα ισόποδα των βαθέων υδάτων», δήλωσε ο Jianbo Yuan, πρώτος συγγραφέας της μελέτης, «αλλά παρέχει επίσης ένα σημαντικό παράδειγμα για την κατανόηση του πώς η ζωή εξισορροπεί την ανάπτυξη και την επιβίωση σε ακραία περιβάλλοντα».
www.worldenergynews.gr
