Dalam foto: Dissostichus mawsoni - salah satu wakil notothenia terbesar, beratnya boleh mencapai 90 kilogram (foto oleh Chris Cheng dan Paul Cziko).
Bagaimana ikan Antartika menguruskan bukan hanya untuk hidup, tetapi juga hidup dengan damai pada suhu yang dekat dengan titik beku air? Para saintis yang ingin tahu telah mencari jawapan untuk soalan rumit ini selama bertahun-tahun - "tidak membeku" seperti itu akan berguna bagi manusia. Kini para penyelidik Amerika memutuskan untuk melihat akarnya, untuk mengkaji fungsi dan gen antibeku biologi. Dan karya baru itu membawa kepada penemuan yang berharga
Para saintis dari University of Illinois berusaha untuk memeriksa genom ikan bilis Antartika (Dissostichus mawsoni) untuk mengetahui apa yang menentukan daya tahannya yang hebat.
Ikan dari suborder Notothenioidei mendiami perairan es di Lautan Selatan dan menyumbang hampir 90% biomas ikan di wilayah ini. Atas sebab inilah ahli genetik memilih mereka sebagai subjek ujian. Suhu perairan tempatan sedemikian rupa sehingga seluruh tubuh penduduk di bawah air seharusnya berubah menjadi ais. Walau bagaimanapun, ini tidak berlaku. Kenapa?
Kajian yang teliti mengenai kebolehan luar biasa dari Nototenians pada dasarnya bermula pada tahun lima puluhan abad yang lalu. Pada tahun 1960-an, Profesor Arthur DeVries dari University of Illinois pertama kali mengasingkan dan menerangkan "protein antibeku" yang mengikat kristal ais dalam darah ikan, menghalangnya daripada membeku. Organisma penduduk laut dalam menghasilkannya sendiri.
Terdapat lapan keluarga di subothorder Notothenioidei, lima daripadanya tinggal di Antartika, hidup dengan tenang pada suhu rendah (-2–4 ° C) dan kandungan oksigen tinggi (yang larut dengan lebih baik dalam air sejuk dan berubah menjadi bentuk yang sangat reaktif yang membahayakan tisu badan).
Sekumpulan ahli genetik yang dipimpin oleh isteri Devris, Chi-Hing "Christina" Cheng berangkat untuk mengetahui asas genetik untuk daya tahan yang melampau.
"Karya ini adalah kajian skala penuh pertama dari semua fungsi biologi ikan, hidup di dalam air yang sangat dingin sepanjang hidup mereka sejak lahir hingga mati," kata Cheng.
Sebagai permulaan, para saintis mengawal dengan teliti wakil khas dari nontotenium - Dissostichus mawsoni. Christina dan rakan-rakannya ingin mengetahui gen mana yang paling biasa dinyatakan pada ikan gigi Artik. Untuk melakukan ini, mereka mengambil empat sampel tisu: dari otak, ovari, hati dan ginjal (organ hematopoietik utama ikan)
Video promosi:
Perhatikan, dua tahun yang lalu, saintis mendapati bahawa hati hampir tidak menghasilkan protein yang diperlukan untuk penyesuaian. Perut dan pankreas eksokrin berfungsi lebih baik untuk kebaikan ikan.
Pada mulanya, ahli genetik memutuskan bahawa ikan Antartika akan mempunyai ungkapan yang sangat cekap dari semua gen yang membolehkan mereka bertahan pada suhu rendah dan kandungan oksigen yang tinggi. Walaupun pilihan itu juga dipertimbangkan ketika tisu tertentu menghasilkan sejumlah besar protein tertentu.
"Kami mendapati bahawa dalam sebilangan besar kes, kumpulan gen tertentu sedang bekerja," kata Cheng. "Setiap tisu mengekspresikan semua gen yang mungkin, tetapi sekumpulan gen sitoprotektif yang sangat kecil dinyatakan dalam jumlah yang banyak di semua tisu."
Seterusnya, para saintis membandingkan ungkapan gen D. mawsoni dan ikan yang tidak berkaitan dengannya, tinggal di perairan Lautan Dunia yang lebih panas, dan mendapati bahawa kebanyakan gen yang diperlukan oleh ikan Antartika hampir tidak menampakkan diri pada spesies lain.
Di antara urutan yang bertanggungjawab untuk pengeluaran protein tertentu dalam jumlah yang banyak (gen yang diregulasi), banyak gen telah dijumpai yang mengekod protein yang bertanggungjawab untuk tindak balas badan terhadap pengaruh persekitaran negatif. Para saintis telah mengira sebanyak 177 keluarga.
Khususnya, terdapat pelbagai jenis pendamping (protein yang fungsi utamanya adalah untuk mengembalikan struktur tersier protein yang rosak) telah dijumpai, dan terutama "protein kejutan panas" yang melindungi sel dari suhu yang melampau. Juga terdapat ubiquitins, protein yang menyokong kesihatan sel dan menandakan protein lain sebelum degradasi.
Di samping itu, dalam genom ikan gigi Antartika, protein ini dijumpai 3 hingga 300 kali lebih kerap daripada pada "rakan sejawat" air suamnya, yang juga meningkatkan daya tahan organisma ikan terhadap keadaan yang melampau.
Pada masa ini, saintis sedang mengkaji kesan perubahan iklim (peningkatan suhu air) pada spesies ikan Antartika. Mereka harus mengetahui sama ada D. mawsoni dapat menyesuaikan diri dengan keadaan baru. Bagaimanapun, jika ikan gigi Antartika pupus, semua rantai makanan di Lautan Selatan akan menderita.
Baca lebih lanjut mengenai kajian dalam siaran akhbar universiti, dalam artikel oleh penulis penemuan itu, yang diterbitkan dalam PNAS. University of Illinois juga telah menyediakan tayangan slaid ini untuk tujuan maklumat.
Sudah tentu terlalu awal untuk membicarakan penggunaan praktikal data yang diperoleh untuk kepentingan manusia. Penyelidikan ini lebih asas daripada yang diaplikasikan. Walau bagaimanapun, sama ada saintis selepas bertahun-tahun, dengan bantuan penemuan baru, dapat membuat sejenis antibeku khas untuk mekanisme dan produk, atau (jika anda benar-benar bermimpi tentangnya), meningkatkan keupayaan untuk bertahan pada suhu rendah seseorang itu sendiri - tidak ada yang tahu.
