​​Сотрудники НИИ биологии Иркутского государственного университета​, изучая разнообразие расцветок байкальских рачков, задались вопросом о механизмах, лежащих в их основе. Почему и как формируется окрас байкальских рачков, какую функцию он несет? Результаты выполненного исследования выявили уникальную специфику эндемиков. Оказалось, что у байкальских амфипод за окраску отвечают ранее неизученные белки, которые у других (не байкальских) ракообразных заняты совсем иными функциями – участвуют в распознавании запахов. Результаты исследования опубликованы в журнале PeerJ. Исследование поддержано​ грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ)

рачки.png 

Хорошо известно, что цвет ракообразных при тепловой обработке сменяется на ярко-красный. Например, темно-зеленый речной рак после варки становится «вареным» красным. Такое же яркое превращение происходит и с другими его родственниками: омарами, лангустами, креветками и другими широко известными представителями ракообразных. Механизмы, лежащие в основе этого явления, известны уже с середины прошлого века: ярко-красный каротиноид образует голубые или зеленые комплексы с белками, а при разрушении белков высвобождается, придавая ярко-красную окраску тканям рака. 

рачки1.jpg 

Иркутские ученые, изучая разнообразие расцветок байкальских рачков, задались вопросом о механизмах, лежащих в их основе. По словам Максима Тимофеева, доктора биологических наук, директора НИИ биологии Иркутского государственного университета (ИГУ) и соавтора исследования, в Байкале обитает более 350 видов и подвидов рачков амфипод – разноногих раков (отряд Amphipoda). 

«Для специалистов-биологов байкальские амфиподы — это уникальная модельная система для изучения механизмов эволюции и адаптации, дающая неисчерпаемые возможности для проведения самых захватывающих исследований. Богатство расцветок байкальских рачков поражает: от практически прозрачных, темно-фиолетовых, красных и ярко-голубых. Разнообразие форм, размеров и раскраски этих удивительных организмов впечатлит любого, кто решит познакомиться с фауной древнего озера», – отмечает Тимофеев. 

Биологи решили разобраться с причинами, определяющими такое разнообразие. Специалистам было известно, что при разрушении белков происходит изменение цвета байкальских рачков на оранжевый, что позволило предположить работу механизма, схожего с тем, что работает у речных раков и омаров. 

рачки2.jpg 

Чтобы найти белки, которые образуют комплексы с каротиноидами у байкальских бокоплавов и меняют их цвет, ученые сравнили белковый состав разных представителей вида Eulimnogammarus cyaneus. Этот массовый вид интересен тем, что несмотря на то, что для него характерна голубая окраска тела с ярко-оранжевыми антеннами, в популяциях встречаются и полностью оранжевые особи. Оказалось, что у оранжевых рачков по сравнению с голубыми резко снижено содержание двух белков. Чтобы изучить белки, ученые определили последовательность их составляющих (аминокислотную последовательность) на секвенаторе, а потом ионизировали их и измерили отношение массы к заряду на масс-спектрометре. Анализ дал необычный результат: белки были иными, ранее не известными для десятиногих раков. 

Дополнительные эксперименты подтвердили, что именно эти белки связывают каротиноиды. 

«Мы ожидали, что обнаружим белки, похожие на те, что определяют цвет десятиногих раков, а найденные белки вовсе не проявляли существенного сходства ни с какими известными белками из открытой базы данных последовательностей белков Uniprot. Наконец похожие последовательности удалось найти в данных секвенирования других видов бокоплавов и таким образом предположить их происхождение», — рассказывает Полина Дроздова, первый автор статьи, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИИ биологии ИГУ​

Отличительная особенностью всех этих последовательностей – наличие домена, характерного для семейства феромон/одорант-связывающих белков. Белки этого семейства связываются с феромонами и летучими веществами, участвуя в распознавании запахов. Кроме того, для них характерен небольшой размер и большая стабильность, что в совокупности делает перспективным создание сенсоров на летучие вещества на их основе. В последние годы появляется все больше свидетельств того, что эти белки могут связываться с самыми разными гидрофобными («боящимися» воды) молекулами, но каротиноидов в этом списке еще не было. 

«С фундаментальной точки зрения новый подкласс белков является крайне интересным примером независимого развития сходных механизмов окраски на основании разных молекул у разных групп ракообразных. С прикладной точки зрения обнаруженные белки интересны как потенциальный материал для систем разделения сложных смесей органических веществ», — уточняет Полина Дроздова.​ 

Для исследования этой возможности нужно подробнее изучить механизм связывания найденных белков с каротиноидами, чему и посвящены текущие работы по проекту. 

Пресс-служба РНФ ​

Фото: Разнообразие окрасок байкальских эндемичных амфипод​. Источник: Polina Drozdova et. al. // PeerJ, 2020 ​

Источники

Пеструю окраску байкальским рачкам придают белки, которые у других отвечают за распознавание запахов
Российский научный фонд (rscf.ru), 25/06/2020
Пеструю окраску байкальским рачкам придают белки, которые у других отвечают за распознавание запахов
Иркутский государственный университет (isu.ru), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Полит.ру, 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Newstes.ru, 26/06/2020
Ученые НИИ биологии ИГУ выяснили причины пестрой окраски байкальских рачков
ИА Телеинформ (i38.ru), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Российский научный фонд (rscf.ru), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Российский научный фонд (рнф.рф), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
SVcomercio.info, 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Perm Daily (permdaily.ru), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Newspotok.ru, 26/06/2020
"Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов"
Ivest.kz, 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
News-Life (news-life.pro), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Russia24.pro, 26/06/2020
Биологи: окрас байкальских рачков оказался связан с обонянием
Иркутская торговая газета (irktorgnews.ru), 26/06/2020
Пеструю окраску байкальским рачкам придают белки, которые у других отвечают за распознавание запахов
Индикатор (indicator.ru), 27/06/2020
Пеструю окраску байкальским рачкам придают белки, которые у других отвечают за распознавание запахов
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 27/06/2020
Почему байкальские рачки разного цвета? Иркутские ученые нашли ответ
Irkutsk.News, 08/07/2020
Почему байкальские рачки разного цвета? Иркутские ученые нашли ответ
Вести-Иркутск (vestiirk.ru), 08/07/2020

Похожие новости

  • 06/04/2018

    Байкал ждет масштабная санитарная оценка качества воды

    Лимнологический институт СО РАН в 2018 году проведет санитарно-микробиологическую оценку качества воды Байкале. Финансовую помощь в размере 500 тыс. рублей оказывает фонд «Озеро Байкал», сообщает 5 апреля пресс-служба фонда.
    1343
  • 05/04/2018

    Границы водоохранной зоны Байкала окончательно скорректированы

    Сокращение водоохранной зоны Байкала и исключение из ее границ населенных пунктов позволит строить очистные сооружения на берегу озера, а также снимет социальную напряженность в прибрежных поселках, сообщил 4 апреля журналистам министр природных ресурсов и экологии Иркутской области Андрей Крючков.
    1522
  • 28/11/2017

    Снег как источник информации о Байкале

    ​О загрязнении территории и акватории Байкала ученые говорят далеко не первый год. В попытках конкретизировать степень бедствия кто-то анализирует биоразнообразие озера, а для специалистов из иркутского Института географии им.
    1248
  • 11/10/2017

    Появилась еще одна версия причин дефицита осадков в бассейне озера Байкал

    «Великая сушь» на Байкале продолжается уже третий год. Снижению уровня Байкала способствовали энергетика и сельское хозяйство Китая. Таков один из предварительных выводов исследования, проведенного под эгидой Российского национального комитета содействия программе ООН по окружающей среде.
    2065
  • 06/10/2017

    Документы по созданию геопарка ЮНЕСКО на Байкале подпишут во Франции в 2018 году

    Сотрудники Иркутского научного центра (ИНЦ) Сибирского отделения (СО) РАН в мае 2018 года обсудят с коллегами из Франции проект геопарка, который планируют создать под эгидой ЮНЕСКО на берегу озера Байкал в Ольхонском районе Иркутской области.
    1814
  • 11/09/2018

    О научных исследованиях Байкала

    Научные исследования Байкала проводятся с 17-18-го века. В начале 20-го столетия стала очевидной необходимость создания постоянной организации, занимающейся изучением уникального озера. В 1916 году Императорская санкт-петербургская академия наук принимает решение о создании Комиссии по изучению озера Байкал (КИБ) под председательством академика Николая Викторовича Насонова.
    1263
  • 07/04/2017

    Три иркутских проекта о Байкале принимают участие в премии «Хрустальный компас»

    ​Три проекта из Иркутской области, связанных с тематикой озера Байкал, участвуют в голосовании национальной премии «Хрустальный компас». Об этом сообщается на сайте премии. Проект «Посади дерево – подари планете жизнь», под эгидой которого на протяжении уже нескольких лет в иркутской реликтовой Кайской роще, а также на острове Ольхон высаживают сосны, представлен в номинации «Лучший социально-информационный проект по сохранению природного и историко-культурного наследия».
    2377
  • 07/04/2018

    Научная общественность против корректировки водоохранной зоны Байкала

    ​Директор Лимнологического института СО РАН Андрей Федотов и старший научный сотрудник Института географии им. В. Б. Сочавы Ольга Гагаринова провели 6 апреля пресс-конференцию, посвященную подписанному 26 марта распоряжению председателя правительства Российской Федерации № 507-р.
    1399
  • 29/01/2019

    Кто и как завел проблему Байкала в тупик?

    ​Загрязнения от стационарных источников, расположенных на Байкальской природной территории, увеличились в 2017 году по сравнению с предыдущим годом на 7,3 процента, а с 2012 годом - на 45 процентов и составили 701,5 тысячи тонн в год.
    1103
  • 19/06/2019

    Директор Лимнологического института СО РАН Андрей Федотов: слив бытовых стоков напрямую в Байкал должен быть запрещен

    ​Директор Лимнологического института СО РАН Андрей Федотов рассказал в интервью агентству "Интерфакс-Сибирь" о новых нормативах для стоков в Байкал, пролонгированном ущербе от БЦБК и нарушениях, допущенных при попытке строительства завода по розливу воды "АкваСиб".
    983