Как глубоководные гребневики сохраняют свою форму под давлением

Гребневик, или гребневик, плавает в водах около Новой Зеландии.

Для нас, обитателей суши, быть раздавленным несколькими милями океанской воды не кончится ничем хорошим. Но для глубоководного гребневика, также известного как гребневая медуза, быть поднятым на поверхность может быть столь же плохо.

Ученые, работающие с гребневиками, стали свидетелями этого воочию — взятые из глубоководной среды обитания, гребневики, по-видимому, «таяли» в лаборатории, теряя свою форму и по сути распадаясь. Теперь, новое исследование, опубликованное на прошлой неделе в Наука раскрывает тайну того, почему это происходит, и показывает, как клетки этих существ особым образом настроены на глубины, где они живут.

«У некоторых глубоководных гребневиков клеточные мембраны буквально удерживаются вместе давлением», — рассказывает Джейкоб Винникофф, глубоководный биохимик из Гарвардского университета и ведущий автор исследования. Научный американецЭлизабет Энн Браун.

Гребневики — хищные морские существа, обитающие на самых разных глубинах по всему мировому океану. Несмотря на свое название и полупрозрачный вид, гребневики не являются близкими родственниками медуз. Они используют ряды нитевидных ресничек, известных как гребни, для продвижения своих мягких тел по воде в поисках добычи. И, по словам авторов исследования, понимание того, как работают их клетки, может дать важные уроки для здоровья человека.

Прекрасный гребневидный желеобразный гребень

Новое исследование является «основным вкладом в понимание жизни в условиях высокого давления», — говорит Дуглас Бартлетт, глубоководный микробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего, который не принимал участия в исследовании. НаукаШон Каммингс. «Это совершенно новый способ думать об адаптации к глубоководным условиям».

Чтобы узнать больше о том, как гребневики могут жить на разных глубинах, а также разобраться в воздействии давления на их тела, исследователи собрали различные виды гребневиков из разных мест по всему Северному полушарию.

Они попытались собрать образцы из мест с похожей холодной водой, изменяя только давление, которому обычно подвергаются животные. В местах с низким давлением, например, в мелководных арктических водах, аквалангисты могли подобрать существ. В более глубоких водах с высоким давлением, примерно в 2,5 милях под поверхностью моря у побережья Калифорнии, команда использовала дистанционно управляемые аппараты, чтобы осторожно собрать образцы, согласно Научный американец.

Затем ученые проанализировали гребневика Они собрали ткани, уделив особое внимание формам липидов, или жиров, из которых состоят клеточные стенки.

В целом, клеточные стенки должны быть достаточно прочными, чтобы удерживать клетку вместе, но достаточно гибкими, чтобы позволить белкам внутри перемещаться и поддерживать функции клетки. Для достижения этого тонкого баланса липидам нужна особая структура цилиндрических и конусообразных структур.

Гребневидное желе, преломляющее свет

Гребневик, замеченный недалеко от Италии, с его «сотами», преломляющими свет

Исследование показало, что форма этих структур у гребневика различается в зависимости от того, где его вид приспособлен к жизни. И глубоководные гребневики представляют собой особенно драматичный случай: их липиды образуют особенно преувеличенные формы конусов.

Под давлением миль океана над ними эти клеточные стенки удерживаются в рабочей форме. Но когда глубоководные гребневики не находятся под экстремальным давлением, например, когда ученые вытаскивают их на поверхность, липиды расширяются в эти преувеличенные конусы, изгибаясь в хлипкую форму, которая приводит к тому, что клеточные стенки распадаются.

Сильно раздутые структуры, обнаруженные в новом исследовании, относятся к классу липидов, называемых плазмалогены. Чтобы подтвердить, что эти структуры помогают гребневикам жить на сокрушительных глубинах, исследователи создали кишечная палочка бактерии, которые создали свои клеточные стенки с помощью плазмалогенных веществ, обнаруженных в глубоководных гребневиках. Затем они вырастили эти биоинженерные бактерии при давлении, эквивалентном давлению примерно в 3,1 мили под поверхностью океана, где обычно Э. кишечная палочка не могут выжить. Но модифицированные бактерии процветали, согласно заявлению из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Эти результаты могут помочь будущим исследователям узнать больше о клетках человека. Плазмалогены встречаются не только в гребневиках — они также распространены в клетках человеческого мозга, и исследования показывают, что снижение количества этих липидов соответствует нейродегенеративным заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера. Выявление структуры плазмалогенов может помочь ученым понять эту связь и даже искать новые методы лечения нейродегенеративных заболеваний.

«Я думаю, что исследование показывает, что плазмалогены обладают действительно уникальными биофизическими свойствами», — говорит в заявлении биохимик из Калифорнийского университета в Сан-Диего и соавтор исследования Итай Будин. «Так что теперь вопрос в том, насколько эти свойства важны для функционирования наших собственных клеток? Я думаю, это одно из основных сообщений».