Желудок занимает около двух третей объема тела, а метаболизм практически останавливается. Ученые раскрыли, как гигантские глубоководные изоподы способны годами обходиться без пищи.
Международная команда ученых, возглавляемая специалистами Института океанологии Китайской академии наук, раскрыла механизм, который позволяет глубоководным гигантским изоподам рода Bathynomus выживать в условиях постоянной нехватки пищи. Результаты их исследования опубликованы в журнале Cell.
Супергигантские изоподы давно вызывают интерес у биологов: эти крупные донные ракообразные могут обходиться без пищи на протяжении более пяти лет. Они обитают на значительных глубинах, где питательные ресурсы встречаются крайне редко. Возник парадокс: как такое животное с довольно крупным для ракообразного телом (несколько десятков сантиметров) может существовать в столь неблагоприятной среде?
Чтобы найти ответ, ученые исследовали два вида — Bathynomus jamesi, обитающего на глубине около 900 метров, и Bathynomus doederleini, встречающегося примерно на 300 метрах. Исследование сочетало сравнительную геномику, морфологический анализ, физиологические эксперименты, наблюдения за поведением и метагеномные методы.
Выяснилось, что основой их выживания является двойная стратегия. Во-первых, желудок глубоководных изопод занимает примерно две трети объема тела — значительно больше, чем у их мелководных сородичей. После редкой удачной трапезы он заполняется почти полностью. Внутри содержится сильно переработанная пища, напоминающая по консистенции ил.
Анализ микробиома продемонстрировал необычную черту: в желудке сравнительно мало бактерий, связанных с пищеварением, однако много представителей группы Chlamydiae, которые, по мнению авторов исследования, могут быть связаны с накоплением жировых запасов.
Ген, полученный от бактерий
Вторым элементом системы стал крайне низкий базальный уровень метаболизма. После обильного кормления изоподы резко уменьшают энергетические затраты и используют накопленные ресурсы постепенно, «с чувством, с толком, с расстановкой».
Ученые сосредоточили внимание на гене ND1. Согласно их данным, этот ген когда-то был заимствован от симбиотической бактерии и интегрирован в геном изопод в результате горизонтального переноса генов. Впоследствии он многократно копировался и стал функционировать с очень высокой активностью.
Чтобы проверить его функции, исследователи внедрили ND1 в клетки человека, нематод и рыбок данио-рерио. При стандартной температуре ген ускорял энергетический обмен и делал организмы менее устойчивыми к голоданию. Однако в холодной среде, имитирующей условия океанских глубин, эффект оказался противоположным: активность митохондрий снижалась, а устойчивость к отсутствию пищи у рыб возросла на 37%.
Авторы исследования полагают, что ND1 помогает тонко регулировать работу энергетической системы организма, позволяя одновременно поддерживать крупные размеры тела и экономить ресурсы в периоды длительного голода.
По мнению исследователей, работа впервые демонстрирует эволюционную стратегию, при которой глубоководные организмы перераспределяют энергетические ресурсы благодаря сочетанию горизонтального переноса генов и эпигенетической регуляции.
Наша работа не только раскрывает тайну исключительной устойчивости глубоководных изопод к длительному голоданию, но и служит важным примером того, как жизнь находит баланс между ростом и выживанием в экстремальных условиях.
Фото: hi-tech.mail.ru