Способность ракообразных из приливных заводей выживать при недостатке кислорода, хотя у них отсутствует ключевой набор генов, повышает вероятность того, что у животных может быть больше способов справиться с гипоксической средой, чем предполагалось.
Выводы, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, важны, потому что гипоксия - области с низким содержанием кислорода - растет в водах по всему миру, в основном из-за антропогенных факторов. такие как сельскохозяйственные стоки, сжигание ископаемого топлива и стоки очистки сточных вод.
Гипоксия представляет собой серьезную физиологическую проблему для животных, чья эволюционная история включает в себя развитие клеточных механизмов для устранения изменений в доступности кислорода. Путь HIF - фактор, индуцируемый гипоксией, - это основной механизм, который животные используют для восприятия и регулирования уровня кислорода.
У ракообразных Тихоокеанского побережья Tigriopus californicus отсутствуют основные генетические компоненты пути HIF, у них нет жабр или дыхательного пигмента - молекулы, такой как гемоглобин у людей, которая увеличивает перенос кислорода кровью. вместимость. Тем не менее, он устойчив к чрезвычайно низкому уровню кислорода в течение как минимум 24 часов как на личиночной, так и на взрослой стадии.
Исследование Университета штата Орегон предполагает, что T. californicus может полагаться на другие гены, участвующие в реорганизации кутикулы и метаболизме хитина, чтобы успешно реагировать на гипоксический стресс в своем литоральном доме; кутикула относится к слою, секретируемому и покрывающему эпидермис, внешний слой кожи, а хитин составляет экзоскелет ракообразных.
Секвенирование РНК животных, подвергшихся воздействию условий, близких к анаэробным (экстремальный тип гипоксии), показало экспрессию более 400 генов, при этом гены метаболизма хитина и реорганизации кутикулы демонстрировали устойчивые закономерности изменений во время аноксии.
«Этот путь является потенциальным решением проблемы низкой доступности кислорода для этого маленького животного», - сказал соавтор исследования Фелипе Баррето, доцент кафедры интегративной биологии в Научном колледже OSU.
Т. californicus стал отличной моделью для изучения физиологической адаптации в морской среде, говорит ведущий автор исследования Элли Грэм, научный сотрудник лаборатории Баррето.
Прошлым летом Грэм получил двухлетнюю стипендию Национального научного фонда для постдокторских исследований в области биологии, чтобы изучить, как морские организмы справляются со стрессовыми условиями окружающей среды, особенно с гипоксией. По ее словам, модели и механизмы толерантности T. californicus к гипоксии в значительной степени недостаточно изучены.
«Гипоксия в океанских водах быстро увеличивается по распространению, частоте и серьезности», - сказал Грэм. «Некоторые прибрежные экосистемы даже сезонно достигают уровней аноксии. Низкий уровень кислорода затрудняет жизнь для широкого круга организмов, и, как правило, рыбы и ракообразные имеют самый низкий уровень толерантности».
Т. californicus живет в бассейнах, которые в основном обновляются волнами, а не приливами, подвергая его и других обитателей бассейнов сильному экологическому стрессу не только из-за низкого содержания кислорода, но и из-за колебаний солености, кислотности и температуры.
«Не имея дыхательных структур или пигмента, T. californicus, вероятно, полагается на кожную диффузию для обмена углекислого газа на кислород», - сказал Грэм. «Его физиология может объяснить, как он может переносить потерю этого важного пути HIF и, в свою очередь, кооптировал другие механизмы клеточной реакции на стресс, чтобы поддерживать стабильный уровень кислорода.
"Как человек, который большую часть своей докторской работы посвятил обсуждению важности пути HIF для животных в среде с ограниченным доступом кислорода, я, безусловно, был огромным шоком, не обнаружив эти гены у T. californicus. геном», - добавила она. «Современная литература обсуждает этот путь, как если бы он был дан всем животным, что для позвоночных имеет решающее значение для развития кровеносных сосудов и даже играет роль в биологии опухоли. Таким образом, отсутствие этих генов, сердцевины HIF-пути, интригует."