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

  • 03/02/2021

    Программа мероприятий, посвященных Дню российской науки

    ​Ежегодно 8 февраля российское научное сообщество отмечает свой профессиональный праздник — День российской науки. ​ По традиции к этой дате в институтах и вузах, находящихся под научно-методическим руководством Сибирского отделения РАН, приурочены научно-популярные мероприятия: дни открытых дверей, экскурсии, лекции и так далее.
    2632
  • 12/11/2020

    Митохондриальный геном лиственницы оказался самым большим в мире

    Ученые из России проанализировали митохондриальный геном (митогеном) лиственницы. Оказалось, что он самый большой среди всех известных живых организмов. Митогеном находится в митохондриях — своего рода «энергетических станциях» клеток.
    1324
  • 05/08/2021

    Крупные водохранилища повлияли на климат и рост деревьев в Южной Сибири

    Биологи выяснили, что водохранилища смягчают континентальный климат, тем самым создавая более благоприятные условия для роста хвойных деревьев. К такому выводу они пришли, сопоставив изменения температуры воздуха и ширину годичных колец сосны и лиственницы за последние 80 лет в Хакасско-Минусинской впадине.
    1610
  • 13/08/2021

    Новые антиоксиданты из байкальских микроорганизмов

    Поиском новых антиоксидантов, которые способны синтезировать микроорганизмы озера Байкал, занимается молодой ученый лаборатории фармацевтической биотехнологии Иркутского государственного университета Мария Дмитриева.
    795
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    1383
  • 09/08/2021

    На Байкале прошло тестирование погружаемой голографической камеры

    В рамках научно-технического сотрудничества между Лимнологическим институтом СО РАН (ЛИН) и Томским государственным университетом (ТГУ) на базе научного стационара в поселке Большие Коты на Байкале проводится апробация погружаемой голографической камеры, разработанной в ТГУ.
    793
  • 24/12/2020

    Экологически чистые. Красноярские учёные разработали новые буровые растворы

    Специалисты «Роснефти» и Сибирского федерального университета разработали технологию производства экологически безопасных буровых растворов. Для этого применяются биоразлагаемые компоненты и растительные масла.
    1217
  • 22/06/2021

    Получить профессию учителя биологии и учителя химии одновременно

    В Иркутском государственном университете теперь можно получить профессию учителя биологии и одновременно учителя химии — набор на новый профиль направления «Педагогическое образование» открылся на биолого-почвенном факультете ИГУ.
    325
  • 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.
    2742
  • 19/10/2020

    Биотехнологией и нейрохимией займутся исследователи из ИГУ

    ​​Очередной шаг вперед сделали ученые Иркутского государственного университета, занимающиеся исследованиями в области нейробиотехнологий. Развитию этого направления посвящался рабочий визит делегации вуза в Красноярский государственный медицинский университет.
    600