На дне океана, на глубинах около 900 м, обитают существа, которые выглядят как гигантские мокрицы. Это изоподы рода Bathynomus, известные своей способностью голодать больше пяти лет. И это при том, что они достигают внушительных размеров — до полуметра в длину, что требует значительных энергозатрат.
Как им удается совмещать гигантизм (энергозатратный признак) с жизнью в условиях крайне скудного питания? Этот парадокс разрешила группа исследователей из Института океанологии Китайской академии наук.
Ученые проанализировали два вида изоподов с разных глубин: B. jamesi (около 898 м) и B. doederleini (около 300 м). Используя сравнительную геномику, морфологический, физиологический, поведенческий и метагеномный анализы, они обнаружили двухкомпонентную стратегию выживания, которую можно описать как «увеличение доходов и сокращение расходов».
Первая часть стратегии — это желудок. У глубоководных изоподов он занимает около двух третей всего объема тела, что значительно больше, чем у их мелководных или обитающих в приливной зоне родственников. Когда выпадает возможность поесть, изопод набивает желудок до отказа. Внутри содержится тонко перетертая, экстенсивно переваренная субстанция, напоминающая грязь.
Интересно, что в этом содержимом относительно мало пищеварительных бактерий (например, Firmicutes), зато много Chlamydiae, которые связаны с накоплением жиров. Иными словами, изопод не просто ест про запас, но и эффективно преобразует съеденное в липидные депозиты.
Вторая часть — это метаболизм. После того как желудок наполнен, изопод резко снижает свой базальный уровень метаболизма до экстремально низких значений. Это позволяет растянуть использование пищевых резервов на долгие месяцы и даже годы.
Самое интересное нашли на генетическом уровне. Исследователи идентифицировали ген ND1, который был передан изоподу от экзогенной симбиотической бактерии путем горизонтального переноса (то есть не унаследован от предков, а «заимствован» у другого организма). Этот ген является гомологом компонента комплекса I электрон-транспортной цепи (ключевой участок клеточного «энергоблока» — митохондрий). Ученые предполагают, что ND1 играет критическую роль в регуляции энергетического метаболизма. Более того, этот чужеродный ген сумел обойти ограничения горизонтального переноса, научившись дублироваться и достигать сверхвысокого уровня экспрессии, которая, в свою очередь, регулируется эпигенетическим механизмом — ацетилированием гистонов.
Чтобы проверить функцию гена ND1, исследователи встроили его в геном модельных организмов — zebrafish (данио-рерио), нематод и человеческих клеток 293T. При нормальной температуре ген ускорял энергетический метаболизм, что делало организмы менее устойчивыми к голоданию. Но в условиях низких температур (имитирующих глубоководную среду) ND1, наоборот, подавлял энергетический метаболизм и снижал митохондриальную активность, повышая толерантность к голоданию у рыб на 37%.
Другими словами, ген ND1 действует как точный регулятор, «подкручивая» степень метаболической депрессии. Он разрешает фундаментальное противоречие между высокой энергетической потребностью гигантизма и необходимостью подавлять метаболизм в экстремальных условиях.
Наша работа не только расшифровывает загадку сверхдлительной толерантности к голоданию у глубоководных изоподов, но и создает важную парадигму для понимания того, как жизнь балансирует между ростом и выживанием в экстремальных условиях
Исследование впервые демонстрирует эволюционную стратегию, при которой глубоководная мегафауна перепрограммирует распределение энергии через комбинацию горизонтального переноса генов и эпигенетической оптимизации. Открытие опубликовано в научном журнале Cell.
Ранее Наука Mail рассказывала о новом механизме защиты у других чемпионов стойкости животного мира — крошечных тихоходок.
