Антифризные белки антарктических рыб предотвращают замерзание... и таяние

Исследователи сообщают, что антарктические рыбы, которые производят собственные "антифризные" белки для выживания в ледяных водах Южного океана, также страдают от неожиданного побочного эффекта: кристаллы льда, связанные с белками и накапливающиеся в их телах, не тают даже при повышении температуры.

Открытие опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Мы обнаружили то, что кажется нежелательным последствием эволюции антифризных белков у антарктических нототениевых рыб", — сказал аспирант Университета Орегона Пол Чико, который руководил исследованием вместе с профессорами зоологии Университета Иллинойса Чи-Хинг "Кристиной" Ченг и Артуром ДеВрисом. "Мы выяснили, что антифризные белки также останавливают таяние внутренних кристаллов льда. То есть они также являются и анти-тающими белками".

Пять семейств нототениевых рыб обитают в Южном океане, холодном море, окружающем Антарктиду. Их способность жить в ледяной морской воде настолько необычна, что они составляют более 90% рыбной биомассы региона.

ДеВрис открыл антифризные белки у антарктических нототениевых рыб в конце 1960-х годов и первым описал, как белки связываются с кристаллами льда в крови, предотвращая замерзание рыб.

В новом исследовании команда проверила, будут ли кристаллы льда, связанные с антифризными белками внутри этих рыб, таять как обычно при повышении температуры. Когда исследователи нагревали рыб до температур выше ожидаемой точки плавления, некоторые внутренние кристаллы льда не таяли. Лёд, который не тает при своей нормальной температуре плавления, называют "перегретым".

Исследователи также обнаружили кристаллы льда у диких нототениевых рыб, плавающих в относительно более тёплых летних водах Антарктики, при температурах, когда они должны были быть свободны ото льда. Лабораторные тесты показали, что именно антифризные белки ответственны за предотвращение таяния внутренних кристаллов льда.

"Наше открытие может быть первым примером перегрева льда в природе", — сказала Ченг.

Чико и другие дайверы установили и обслуживали регистрирующее температуру устройство в проливе Мак-Мердо в Антарктиде, одной из самых холодных морских сред на планете. Устройство записывало температуру океана там в течение 11 лет — значительной части жизни нототениевых. Ни разу за это время температура не повышалась достаточно, чтобы преодолеть анти-тающий эффект антифризных белков и полностью избавить рыб от внутреннего льда.

Исследователи предполагают, что накопление льда внутри рыб может иметь негативные физиологические последствия, но пока ни одно не обнаружено.

Если рыбам суждено носить в себе кристаллы льда всю жизнь, возможно, что частицы льда могут блокировать мелкие капилляры или вызывать нежелательные воспалительные реакции. Чико сравнивает потенциальную угрозу с опасностью асбеста в лёгких или тромбов в мозге.

"Поскольку большая часть льда накапливается в селезёнке рыб, мы думаем, что может существовать механизм для очистки крови ото льда", — сказал он.

"Это всего лишь ещё один фрагмент в головоломке того, как нототениевые стали доминировать в океане вокруг Антарктиды. Это также говорит нам кое-что об эволюции. То есть адаптация — это история компромиссов. Каждое хорошее эволюционное новшество, вероятно, приходит с некоторыми плохими, непреднамеренными эффектами".

Долгосрочная запись температуры пролива Мак-Мердо, полученная в ходе исследования, также "окажется чрезвычайно важной и полезной для полярного научного сообщества, изучающего реакции организмов на изменение климата в этой самой холодной из всех морских сред", — сказала Ченг.