Устойчивость к высокой температуре во многом зависит от способности обходиться без кислорода.

​Ученые из Иркутского государственного университета, Белорусского государственного университета, Байкальского исследовательского центра, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета узнали, как бокоплав-кузнечик Gammarus lacustris реагирует на постепенный рост температуры окружающей воды и какими биохимическими приспособлениями он пользуется, чтобы выжить. Оказалось, что в горячей воде в клетках гаммарусов этого вида активно окисляются липиды, а работа «бескислородного» фермента лактатдегидрогеназы тормозится, но кислородное дыхание идет с еще большим трудом. Научная статья опубликована в журнале PeerJ.

Температура — один из важных факторов, определяющих устойчивость наземных и водных экосистем. Учитывая, что в последнее десятилетие средняя температура воды на поверхности озер выросла на 0,34 градуса Цельсия и продолжает увеличиваться, сообщества озер уже претерпевают и дальше будут претерпевать существенные изменения. Соответственно, необходимо понять, как на потепление воды реагируют ее обитатели. Авторы исследования для этой цели избрали широко распространенного в Евразии бокоплава-кузнечика Gammarus lacustris. Он переносит колебания кислотности, солености и содержания кислорода в широких пределах, и у него с высокой вероятностью можно обнаружить биохимические приспособления к изменениям всех названных факторов. Учитывая, что толерантность (устойчивость) к повышенным температурам зависит и от того, насколько успешно организм справляется с недостатком кислорода, бокоплав-кузнечик хорошо подходит для изучения тепловой толерантности.

Рачков этого вида собирали планктонной сеткой в июле 2013 года на озере Шира (Республика Хакасия). Соленость там составляет 15−17 промилле, и это один из самых соленых водоемов, где могут жить Gammarus lacustris. Температура воды во время ловли гаммарусов составляла 15 градусов Цельсия. Сразу после сбора рачков их пересаживали в двухлитровые сосуды с водой из их местообитания, ее температура составляла 7 градусов Цельсия. В каждой банке плавало по 100 животных. (Ученые отбирали особей примерно одинаковой длины — 8−10 мм.) В течение недели гаммарусы акклиматизировались в этих условиях. Раз в два дня им меняли воду и каждый день кормили картофелем.

По прошествии недели акклиматизации начался эксперимент: каждый час температуру воды в сосудах поднимали на один градус Цельсия, и так до 33 градусов. Раз в два часа из воды вылавливали четырех рачков и определяли содержание белков теплового шока (главным образом HSP70) и активность фермента лактатдегидрогеназы. Белки теплового шока помогают клеткам справляться со стрессом, вызванным в том числе повышенными температурами. А лактатдегидрогеназа участвует в реакциях так называемого бескислородного дыхания — гликолиза. Ее активность определяет, насколько хорошо клетка переносит недостаток этого газа — анаэробные (бескислородные) условия. Кроме того, исследователи учитывали количество пероксидов липидов, образовавшихся при повышении температуры воды. Этот параметр отражает уровень стресса, испытываемого клеткой: пероксиды токсичны для нее и относятся к активным формам кислорода.

Анализ показал, что по мере увеличения температуры активность лактатдегидрогеназы в клетках гаммарусов падает (хотя примерно при 23−25 градусах немного повышается, но не до «холодноводных» значений), то есть снижается интенсивность реакций анаэробного дыхания. Это может быть связано с высоким содержанием в клетках лактата — соединения, которое получается в ходе гликолиза и в больших количествах подавляет работу лактатдегидрогеназы.

При этом не прекратилось аэробное дыхание — окисление органических веществ клетки кислородом. Но система переноса электронов, нужных для его процессов, от слишком высокой температуры повредилась. Поэтому вместо глюкозы в митохондриях гаммарусов стали активно окисляться липиды. Из-за той же «поломки» они превращались не в углекислый газ и воду, а в собственные пероксиды — соединения, где присутствует химическая связь между двумя атомами кислорода. Такая связь легко рвется, и образовавшиеся фрагменты молекулы пероксида окисляют другие соединения, чем часто нарушают биохимию клетки.

Интересно, что содержание белков теплового шока в тканях Gammarus lacustris от температуры воды не зависело и практически не менялось. Ученые предположили, что это связано с изначальным высоким уровнем HSP70 у этих рачков. Получается, что толерантность бокоплавов-кузнечиков к высокой температуре зависит по большей части не от белков теплового шока, а от способности поддерживать нормальное аэробное и анаэробное дыхание в условиях «сломанной» системы переноса электронов и накопления промежуточных продуктов гликолиза.

Зоопланктон, в том числе мелкие рачки, играет критически важную роль в водных экосистемах. Помимо прочего, они способны перемешивать огромные объемы воды, тем самым глобально меняя ее состав. Об этом рассказывал один из авторов описываемой работы, ведущий научный сотрудник ФИЦ Красноярского научного центра СО РАН Егор Задереев. А в другой публикации он упоминал один из частых способов пережить неблагоприятные условия — период покоя (диапаузу). Многие планктонные рачки им пользуются.

«Чердак»

Похожие новости

  • 14/06/2017

    Сотрудники ИРНИТУ и ВСЕГЕИ будут изучать геологические процессы на Байкале

    ​Сотрудники ИРНИТУ, Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А. П. Карпинского (ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург) и Лимнологического института СО РАН 13 июня отправились в экспедицию по изучению особенностей проявления опасных геологических процессов, связанных с природной миграцией углеводородов.
    1040
  • 04/10/2018

    В Иркутске прошла Байкальская школа-конференция по химии

    Содействие в подготовке высококвалифицированных российских научных кадров, способных эффективно решать актуальные научные и технологические задачи в различных областях химии — это главнейшая задача крупного научного события, прошедшего 24-28 сентября в Иркутске.
    177
  • 22/03/2017

    Алтайский государственный университет – участник Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды

    В начале 2017 года Алтайский государственный университет подписал Соглашение о создании консорциума – Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды (SecNET), среди участников которого – 10 ведущих научных и образовательных центров Сибири: Национальный исследовательский Томский государственный университет, Югорский государственный университет, Институт водных и экологических систем СО РАН, Институт биологических систем криолитозоны СО РАН (Якутск), Северо-Восточный федеральный университета им.
    1074
  • 19/06/2018

    Байкал активно загрязняется микропластиком

    ​Ученые МГУ проанализировали собранные в Байкале пробы и пришли к неутешительному выводу: озеро загрязнено микропластиком. Результаты исследования опубликованы на сайте "Берега России". Много или мало? Специалисты изучили пробы воды, взятой возле Танхоя, Нового Энхалука и Бабушкина.
    325
  • 29/08/2016

    В Новосибирске будут производить шагающие экзоскелеты для инвалидов

    ​Заместитель генерального директора по инновационному развитию "Инновационного медико-технологического центра" (Новосибирского медтехнопарка) Анатолий Аронов на круглом столе в рамках форума "Новосибирск- город безграничных возможностей" рассказал, что будут производить резиденты второй очереди медицинского промышленного парка.
    1996
  • 07/06/2016

    Ведущий ученый из Индии прочитал лекции по биоинформатике студентам ИРНИТУ

    ​Ведущий ученый в области биотехнологии растений и биоинформатики, профессор университета Ассама (Индия) Санжиб Кумар Панда посетил с 10-​дневным визитом Иркутский национальный исследовательский технический университет и СИФИБР ИНЦ СО РАН.
    2417
  • 01/11/2017

    СФУ и Университет Барселоны запустили учебную программу по экомониторингу

    ​Институт экологии и географии Сибирского федерального университета (ИЭиГ СФУ) запустил новую магистерскую программу по подготовке специалистов в области экологии и природопользования "Экологический мониторинг" с двуязычным русско-английским учебным модулем, разработанным совместно с преподавателями Университета Барселоны, сообщили РИА Новости в пресс-службе СФУ.
    647
  • 24/07/2018

    Выявлены самые эффективные показатели разнообразия в экосистеме

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Лимнологического института СО РАН сравнили несколько индексов, характеризующих биологическое разнообразие микроорганизмов, и нашли наиболее эффективные из них, то есть те, что дают верный результат в большем числе случаев.
    272
  • 14/06/2017

    В Красноярске разработана технология контрастирования злокачественных опухолей головного мозга

    ​В рамках государственного задания Минздрава России в лаборатории Биомолекулярных и медицинских технологий КрасГМУ им. проф В.Ф. Войно-Ясенецкого совместно с нейрохирургами Красноярской межрайонной клинической больницы скорой медицинской помощи имени Н.
    1383
  • 09/02/2018

    Для реализации программ развития региональных научных центров необходима интеграция академической и вузовской науки

    На встрече сибирских ученых с Президентом РФ Владимиром Владимировичем Путиным научный руководитель Иркутского научного центра СО РАН и и.о. ректора Иркутского государственного университета академик Игорь Вячеславович Бычков обратил внимание главы государства на необходимость предусмотреть эффективные механизмы взаимодействия исследовательских институтов и университетов для реализации программ развития научных центров в регионах.
    566