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

  • 30/08/2021

    Сибирские ученые представили проекты по решению экологических проблем

    ​На VIII Международном форуме технологического развития «Технопром-2021» специалисты обсудили основные приоритеты в области экологии и здоровья населения Сибирского макрорегиона. В перечень затронутых вопросов вошли как механизмы реализации национальных проектов, так и корпоративные стратегии развития природоохранных технологий.
    330
  • 17/08/2021

    Пять оценок для Байкала

    Экспедиция по экологическому мониторингу Байкала, которую организовывает En+ Group, стартовала 8 августа 2021 года. В течение полутора месяцев учёные из Москвы, Иркутска, Красноярска и Новосибирска будут проводить полевые исследования и отбирать пробы в нескольких десятках точек у побережья озера и в его бассейне для дальнейшего более глубокого анализа.
    363
  • 06/08/2020

    В Иркутске подписан указ о создании научно-образовательного центра мирового уровня «Байкал»

    ​Врио губернатора Иркутской области Игорь Кобзев 5 августа подписал указ о создании научно-образовательного центра мирового уровня «Байкал». НОЦ будет работать как объединение, без создания юридического лица.
    871
  • 06/08/2020

    Байкальскую биотехнологическую долину предложено создать в рамках НОЦ «Байкал»

    Байкальскую биотехнологическую долину предложено создать в рамках Научно-образовательного центра «Байкал». Проект «Байкальская биотехнологическая долина» был разработан на форсайте Байкальского региона в 2017 году при участии НИИ биологии ИГУ и при поддержке Агентства инвестиционного развития Иркутской области.
    1085
  • 07/04/2021

    Тайна черных алмазов: какие богатства таятся в землях у Полярного круга

    ​Подвиг ленинградских геологов ...Их открыли, можно сказать, нечаянно. И закрыли, не получив ни одного карата. И постарались забыть имя первооткрывателя.Я его "открываю" благодаря профессору Александру Портнову, доктору геолого-минералогических наук.
    556
  • 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.
    956
  • 30/11/2020

    Комплексные экспериментальные исследования аэрозольно-газовых примесей, метеорологических, радиационных и динамических характеристик атмосферы озера Байкал

    В июле-сентябре 2020 г. в рамках выполнения темы государственного задания ИФМ СО РАН № АААА-А17-117121140006-0, проекта РНФ №19-77-20058 сотрудниками лаборатории дистанционного зондирования атмосферы (зав.
    796
  • 30/12/2020

    О научных проектах СО РАН рассказал академик Игорь Бычков

    ​В ходе конференции по итогам деятельности Сибирского отделения РАН за 2020 год выступил заместитель председателя по научной работе, директор иркутского филиала СО РАН, академик Игорь Вячеславович Бычков.
    1741
  • 03/10/2019

    В Иркутске обсудили возвращение на Байкал глубоководных обитаемых аппаратов

    8 сентября 2019 года состоялся визит в Институт земной коры СО РАН Героя Российской Федерации, известного советского и российского инженера, командира глубоководного обитаемого аппарата «Мир» Евгения Сергеевича Черняева.
    1176
  • 27/07/2020

    Чего боится лес? В Красноярске состоялся лесопромышленный форум

    ​Лесопромышленный форум — уже традиционное для Красноярска осеннее мероприятие. Формат его устоялся: открывается мероприятие пленарным заседанием, после которого участники расходятся по «круглым столам» для обсуждения отдельных тем более подробно.
    1675