Как гребневики адаптировались к жизни на дне океана под давлением
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего и других учреждений изучили клеточные мембраны гребневиков (Ctenophora) и обнаружили уникальные структуры липидов, позволяющие им жить под экстремальным давлением на дне океана. Работа опубликована в Science.
Адаптация к среде
Гребневики — хищники, обитающие в океанах по всему миру на разной глубине. Хотя они похожи на медуз, они не являются близкими родственниками.
Клеточные мембраны состоят из липидов и белков. Известно, что некоторые организмы адаптируют липиды для поддержания текучести мембран в экстремальном холоде (гомеовязкостная адаптация). Однако не было известно, как глубоководные организмы адаптируются к экстремальному давлению, и является ли эта адаптация такой же, как к холоду.
Уникальная адаптация к давлению
Чтобы ответить на этот вопрос, команда изучила гребневиков из разных мест:
- Дно океана у Калифорнии (холодно, высокое давление)
- Поверхность Северного Ледовитого океана (холодно, низкое давление)
Вывод: гребневики выработали уникальные структуры липидов для компенсации интенсивного давления, отдельные от адаптаций к холоду. Давление фактически удерживает их клеточные мембраны вместе.
Исследователи называют эту адаптацию «гомеокривизной» — форма липидов, создающих кривизну мембраны, адаптировалась к среде обитания.
Роль плазмологенов
У глубоководных гребневиков конусообразные липиды эволюционировали в преувеличенную конусообразную форму. Давление океана компенсирует эту преувеличенную форму, делая липиды нормальными, но только при экстремальном давлении. Если поднять гребневиков на поверхность, преувеличенная форма возвращается, мембраны разрушаются, и животные дезинтегрируют.
Этими молекулами оказались плазмологены — тип фосфолипидов. Они составляют до трех четвертей липидного состава глубоководного гребневика.
Плазмологены также в изобилии присутствуют в мозге человека, и снижение их уровня часто сопровождает ухудшение функции мозга и нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера.
Экспериментальное подтверждение
Команда провела эксперименты с бактериями E. coli в камерах высокого давления:
- Обычные E. coli погибли.
- Генно-модифицированные E. coli, синтезирующие плазмологены, — выжили и процветали.
Значение исследования
Исследование проводилось несколько лет с привлечением специалистов из разных областей: биофизики, микробиологии, масс-спектрометрии липидов, морской биологии и компьютерного моделирования.
Открытие подчеркивает уникальные биофизические свойства плазмологенов и открывает путь для дальнейшего изучения их роли в здоровье и болезнях человеческого мозга.