Байкальские рачки сохранили адаптацию к высоким температурам
Статья иркутских учёных вышла в международном высокорейтинговом журнале
Результаты исследования учёных научно-исследовательского института биологии Иркутского госуниверситета опубликованы в журнале Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology.
Как рассказали в управлении информационной политики ИГУ, воды Байкала из-за огромной глубины озера (1642 метра) очень холодные. Хотя на мелководье летом они прогреваются до 25°С, в основной своей массе круглый год здесь поддерживается стабильная температура около 4°C. При этом Байкал населён крайне разнообразной эндемичной, то есть характерной только для этого озера, фауной, среди которой особенно интересны рачки-бокоплавы. В озере их более 350 видов. Они населяют как прибрежные, так и глубинные воды Байкала, а значит, приспособлены к жизни в очень широких температурных пределах. Мелководные виды привыкли к значительным сезонным перепадам температур, а их глубоководные родственники живут в условиях вечного холода и довольно чувствительны к малейшим изменениям среды обитания.
Учёные из Иркутского государственного университета и университета города Росток (Германия) исследовали глубоководных байкальских рачков-бокоплавов двух видов: омматогаммаруса жёлтого (Ommatogammarus flavus) и омматогаммаруса белого (Ommatogammarus albinus) – чтобы понять, как их организмы функционируют в условиях холода и как реагируют на повышение температуры.
- В ходе эволюции организмы, обитающие в стабильных условиях, например, в условиях постоянного холода, обычно повышают свою энергоэффективность, отказываясь от ненужных функций. Так, в глубинах Антарктики обитают рыбы и беспозвоночные, которые за десятки миллионов лет утратили способность синтезировать стрессовые белки, реагирующие на перепады температур. Это связано с тем, что среда их обитания настолько постоянна, что такие стресс-механизмы стали бесполезны. Примерно такую же картину мы и ожидали увидеть у байкальских глубоководных рачков, которые миллионы лет живут в условиях стабильной низкой температуры, - рассказал руководитель проекта Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор научно-исследовательского института биологии ИГУ.
Выбранные для исследования виды рачков – эндемики, они обитают только в Байкале и отличаются друг от друга зонами обитания и общей стрессоустойчивостью. Омматогаммарус жёлтый иногда встречается на мелководье, но в целом предпочитает находиться на глубинах от 50 до 1000 метров. Омматогаммарус белый обитает только на глубинах от 100 метров и вплоть до максимума, 1642 метров. Оба вида поедают органические остатки со дна, участвуя в очистке озера. Кроме того, они богаты жиром и служат пищей для донных рыб и даже нерп.
Биологи выловили омматогаммарусов с разных глубин Байкала и в специальных камерах акклиматизировали их к условиям лаборатории. Всех особей изначально держали в воде с привычной для них температурой в 4°C. Затем рачков поместили в условия холода (температуры 0,5–2°C) или постепенного нагрева (до температуры 26°C). В каждом случае исследователи отслеживали в организме животных количество соединений, вовлечённых в энергетические процессы в тканях, и активность антиоксидантных ферментов.
Эксперименты показали, что жёлтый омматогаммарус лучше переносит нагрев, чем обитающий на большей глубине белый омматогаммарус. Так, все особи первого вида гибли при температуре 26°С, а второго — при 24°С. Однако оба вида были одинаково устойчивы к понижению температуры.
Кроме того, оказалось, что у обоих омматогаммарусов при повышении температуры начинает расти уровень глюкозы – ключевой молекулы, которая служит источником энергии для организма. Этот показатель к концу эксперимента превышал контрольные значения в десять раз, и это говорит том, что оба рачка активируют стресс-реакцию, многократно повышая на неё свои энергозатраты. Такая реакция на нагрев необычна для холодноводных видов, которые в природе не сталкиваются с высокими температурами.
Авторы предполагают: этот ответ организма связан с тем, что все глубоководные байкальские рачки когда-то произошли от мелководных теплолюбивых предков. Так, исследованные виды омматогаммарусов относятся к эволюционно достаточно молодой группе. Согласно оценкам, они возникли не более пяти миллионов лет назад. Вероятно, в силу «эволюционной молодости» эти рачки ещё не успели полностью утратить способность противостоять нагреванию, как это произошло у более древних антарктических видов.
- Обнаруженная у омматогаммарусов способность переносить нагрев – эволюционный «рудимент», который может исчезнуть, если условия останутся неизменными ещё миллионы лет. Однако у нас есть другая гипотеза. Омматогаммарусов часто находят вблизи глубинных термальных источников с очень горячей водой, куда они могут заплывать в поисках пищи – дефицитного на дне Байкала ресурса. В таких зонах часто наблюдается высокая биомасса и разнообразие донных организмов, так что шансы найти себе пропитание здесь гораздо выше, чем в окружающей холодной воде. Возможно, что глубоководные рачки не стали «отказываться» от механизмов температурного стресс-ответа в том числе и для того, чтобы периодически посещать эти высокотемпературные районы на дне озера, - добавил Максим Тимофеев.