Международная группа исследователей под руководством специалистов Института океанологии Китайской академии наук раскрыла механизм, который позволяет глубоководным гигантским изоподам рода Bathynomus выживать в условиях хронической нехватки пищи. Результаты работы опубликованы в журнале Cell.
Супергигантские изоподы давно удивляют биологов: эти крупные донные ракообразные способны обходиться без еды более пяти лет. При этом они обитают на больших глубинах, где питательные ресурсы появляются крайне редко. Возник парадокс: как животное с достаточно крупным для ракообразного телом (несколько десятков сантиметров) может существовать в столь негостеприимной среде?
Для поиска ответа ученые изучили два вида — Bathynomus jamesi с глубины около 900 метров и Bathynomus doederleini, обитающий примерно на 300 метрах. Исследование объединило сравнительную геномику, морфологический анализ, физиологические эксперименты, наблюдения за поведением и метагеномные методы.
Оказалось, что основу выживания составляет двойная стратегия. Во-первых, желудок глубоководных изопод занимает около двух третей объема тела — значительно больше, чем у их мелководных родственников. После редкой удачной трапезы он заполняется почти полностью. Внутри находится сильно переработанная пища, напоминающая по консистенции ил.
Анализ микробиома показал необычную особенность: в желудке сравнительно мало бактерий, связанных с пищеварением, зато много представителей группы Chlamydiae, которые, по мнению авторов работы, могут быть связаны с накоплением жировых запасов.
Ген, позаимствованный у бактерий
Вторым элементом системы оказался чрезвычайно низкий базальный уровень метаболизма. После обильного кормления изоподы резко сокращают энергетические расходы и используют накопленные ресурсы постепенно, «с чувством, с толком, с расстановкой».
Особое внимание исследователи уделили гену ND1. По их данным, этот ген был когда-то получен от симбиотической бактерии и встроен в геном изопод в результате горизонтального переноса генов. Позже он многократно копировался и стал работать с очень высокой активностью.
Чтобы проверить его функции, ученые внедрили ND1 в клетки человека, нематод и рыбок данио-рерио. При обычной температуре ген ускорял энергетический обмен и делал организмы менее устойчивыми к голоданию. Однако в холодной среде, имитирующей условия глубин океана, эффект оказался противоположным: активность митохондрий снижалась, а устойчивость к отсутствию пищи у рыб возрастала на 37%.
Авторы считают, 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 животные 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 дает важный пример того, как жизнь находит баланс между ростом и выживанием в экстремальных условиях.
Юань Цзяньбо
О гигантских изоподах
Гигантские изоподы считаются родственниками обычных мокриц, хотя могут достигать нескольких десятков сантиметров в длину.
В 2022 году ученые расшифровали геном Bathynomus jamesi и обнаружили, что он является одним из крупнейших среди известных ракообразных.
Эти животные питаются останками китов, рыб и кальмаров, которые опускаются на морское дно после гибели.
Некоторые виды Bathynomus встречаются на глубинах свыше 6 километров, где температура воды близка к нулю. Этим «призракам бездны» посвящен недавний материал Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru