چطور ماهی مرکب های جامبو از یخ زدن در آبهای سرد و فاقد اکسیژن زنده می مانند – MercoPress

Devils of the deep: چگونه ماهی مرکب های جامبو در یخ زدگی آبهای سرد و فاقد اکسیژن زنده می مانند

چهارشنبه ، 9 سپتامبر 2020 – 09:29 UTC


یک شاخه ماهی مرکب شیطان سرخ صدها متر از اعماق اقیانوس به آبهای سطحی گرم و اکسیژنه در حال افزایش بود تا به یک دیوانگی تغذیه بزرگ بپیوندد

توسط Hanane Hadj-Moussa و Kenneth B Storey ، دانشگاه کارلتون ، کانادا – انسان ها گونه ای انتخاب کننده هستند. اگر در دمای هسته زیر 25 درجه سانتیگراد پایین بیاییم یا مقدار اکسیژن هوا به زیر 10٪ برسد ، ما در یک محیط تقریباً شاد خوشحال هستیم و آسیب های شدید و اغلب کشنده ای را تجربه می کنیم. با این حال ، بسیاری از گونه های دیگر تقریباً در تغییر دائمی زندگی می کنند.

ماهی مرکب شیطان سرخ را در نظر بگیرید. ماهی مرکب هامبولد یا جامبو (Dosidicus gigas) نیز شناخته می شود و هر شب از اعماق اقیانوس برای چند ساعت تغذیه دیوانه وار در سطح زمین بلند می شود. قبل از طلوع فجر ، این آبهای گرم را ترک می کند و دوباره در ورطه سرد فشار خرد کننده و اکسیژن کم فرو می رود.

به عنوان محققان بیوشیمی مولکولی ، ما می خواستیم بدانیم که ماهی مرکب چگونه با تغییرات روزانه در شرایط محیطی ناشی از زندگی عمودی خود سازگار می شود.

علی رغم تفاوتهای آشکار بین یک حیوان و حیوان دیگر ، همه حیوانات تعداد قابل توجهی از ژنهای مشابه را دارند. طبق مطالعه ای که در سال 2005 انجام شد ، به عنوان مثال ، گنوم شامپانزه حدود 96٪ شبیه ژنوم انسان است.

تنظیم آن ژن ها به حیوانات این امکان را می دهد تا خود را با تغییرات روزانه یا فصلی سازگار کنند ، به تنش های محیطی پاسخ دهند یا فشارهای دیگر را تحمل کنند ، مانند دما یا فشارهای شدید. اپی ژنتیک – علائم شیمیایی که در دسترس بودن DNA را تغییر می دهد – و اصلاحات RNA ، که می توانند تولید پروتئین را ساکت کنند ، دو روش مختلف برای تنظیم ژن ها هستند.

تنظیم ژنتیکی در پشت خواب زمستانی فصلی خرس ها است ، به بسیاری از گونه ها اجازه می دهد در محیط های کم اکسیژن یا بدون اکسیژن زنده بمانند و به دیگران اجازه می دهد کم آبی شدید را تحمل کنند. این حتی به برخی از موجودات اجازه می دهد فضای خنک کننده ، کم اکسیژن و پرتوی پرتوی فضا را تحمل کنند ، اتفاقی که ممکن است اکنون برای هزاران tardigrades میکروسکوپی رخ دهد که در سال 2019 بر روی ماه فرود آمدند ..

معلوم می شود که کراکن ها نیز در ورطه زنده می مانند.

ما مطالعه خود را در آزمایش ، بستری برای اکتشافات علمی و پشتیبانی با کمک جمعیت ، آغاز کردیم که برای کار بر روی ماهی مرکب شیطان سرخ در خلیج کالیفرنیا ، بین دو ایالت باخا کالیفرنیا سور و سینالوآ نیاز داریم.

در یک شب آرام و سیاه و سفید در وسط خلیج ، متوجه انبوهی از حرکت در اطراف قایق خود شدیم. برنده تمام پولها

یک شاخه ماهی مرکب شیطان سرخ صدها متر از اعماق اقیانوس به آبهای سطحی گرم و اکسیژنه در حال افزایش بود تا به یک دیوانگی تغذیه بزرگ بپیوندد. آنها عمدتا ماهی های کوچک می خوردند اما گاهی اوقات کمی آدم خواری وجود داشت.

کنت استوری با ماهی مرکب شیطان سرخ در حین سفر دریایی تحقیقاتی در خلیج کالیفرنیا. (طبقه کنت) ، نویسنده ارائه شده است
قبل از ظهور اولین اشعه صبح ، آنها فرود آرام خود را آغاز کردند ، جایی که باید با کمبود اکسیژن (هیپوکسی) ، فشارهای زیاد و دمای نزدیک به انجماد کنار بیایند.

ما قبل از فرود چند ماهی مرکب نوجوان و بزرگسال با موفقیت موفق شدیم آنها را در مخازن آب دریا روی کشتی قرار دهیم.

این شکارچیان متجاوز به طول دو متر با کاهش بیان ژن جهانی ، با کمال آرامش در اعماق اقیانوس اشغال می شوند و اساساً حجم اکثر ژنوم خود را کاهش می دهند در حالی که تعداد مشخصی از ژن های زنده ماندن را فعال می کنند. این به عنوان “کاهش میزان متابولیسم” شناخته می شود و پایه ای برای خواب است که اغلب با خواب زمستانی همراه است.

مکانیسم مرکزی که به عنوان یک نیروی محرک اساسی در مهار متابولیسم و ​​بقای ماهی مرکب ظاهر می شود ، اپی ژنتیک یا به طور خاص تر ، توانایی ماهی مرکب در تغییر سریع کد اپی ژنتیک خود و برگشت پذیر است.

تجزیه و تحلیل کلمه اپی ژنتیک کمک می کند تا مشخص شود. اول ، ما پیشوند یونانی epi را داریم ، به معنای خارج ، اطراف یا اطراف ، و سپس ژنتیک داریم ، که به کد DNA سلول اشاره دارد. بنابراین ، اپی ژنتیک مطالعه تغییرات وراثتی و غیر قابل توارث است که در بالای DNA یا اطراف آن رخ می دهد بدون اینکه خود توالی DNA تغییر کند.

ماهی مرکب برای زنده ماندن در شرایط شدید محیطی به مکانیسم های اپی ژنتیکی اعتماد می کنند و با کاهش سرعت متابولیسم به حالت انیمیشن معلق عقب می مانند. آنها نیازهای اکسیژن ماهی مرکب را کاهش می دهند ، فرایندهای بیولوژیکی غیر ضروری را خاموش می کنند و آسیب ناشی از دمای هوا را از بین می برند.

ابزارهای اپی ژنتیکی که بیان ژن را در ماهی مرکب و انسان تغییر می دهند شامل اصلاح DNA و هیستون و میکرو RNA می باشد. افزودن گروه های شیمیایی (مانند گروه های متیل) به DNA یا هیستون ها (پروتئین هایی که DNA را قرقره می کنند) می تواند در دسترس بودن یا عملکرد DNA را تغییر دهد و آن را بیشتر یا کمتر در دسترس دستگاه های سلولی قرار دهد که DNA را به پروتئین تبدیل می کند.

در حالی که ما هنوز وضعیت اصلاحات DNA را در ماهی مرکب فاقد اکسیژن بررسی نکرده ایم ، مطالعه ما بر روی هیستون های ماهی مرکب نشان می دهد که هیستون ها برای افزایش تراکم DNA (یا ریختن) اصلاح می شوند ، و در این صورت که وقتی ماهی مرکب در اعماق اقیانوس قرار دارد ، DNA کمتر قابل دسترسی است. این مکانیسم حیاتی به ماهی مرکب این امکان را می دهد تا در حالی که اکسیژن ندارد ، انرژی خود را ذخیره کند ، زیرا وقتی ژن ها محکم به دور هیستون ها بسته می شوند ، خاموش می شوند.

مکانیسم سوم که متابولیسم ماهی مرکب را انعطاف پذیر می کند ، میکرو RNA ها هستند. این قطعات کوتاه RNA کد پروتئین ها را ندارند ، اما با اتصال فیزیکی به رونوشت ژن ها و جلوگیری از انتقال آنها به پروتئین ، ژن ها را ساکت می کنند.

ما میکرو RNA در قلب و مغز ماهی مرکب شیطان سرخ پیدا کردیم که می تواند متابولیسم آنها را در حالی که اکسیژن ندارند ، کاهش دهد و به محافظت از این اندام ها در برابر آسیب کمک کند. در ماهیچه هایی که به ماهی مرکب ها نیروی محرکه مورد نیاز برای مهاجرت های عمودی روزانه و فرار از دست شکارچیان را می دهند ، ما میکرو RNA دیگری پیدا کردیم که در شرایط کم اکسیژن بیان شده است که احتمالاً رشد و استفاده از انرژی را در حالی که ماهی مرکب در حالت متابولیک افسرده ای است سرکوب می کند. .

این تغییرات به ظاهر ریز تأثیرات بزرگی دارد و به ماهی مرکب شیطان سرخ اجازه می دهد تا از سطح اقیانوس تا ته آن عقب و جلو برود و همه چیز را در سر راه خود بکشد و بخورد. اما اینها همچنین برای دارو تأثیراتی دارند و می توانند به محققان کمک کنند تا شرایط سلامتی مانند سکته مغزی ، ایسکمی (جریان خون ناکافی و اکسیژن به اندام ها) و پیوند اعضا را درک کنند – و راه حل های ابتکاری برای آن پیدا کنند.

طبیعت بسیاری از مشکلات پیش روی ما را حل کرده است. ما فقط باید بفهمیم که چگونه