Το ωκεάνιο πλάσμα που αντέχει 5 χρόνια χωρίς φαγητό: το «κλεμμένο» γονίδιο

Τα βάθη των ωκεανών φιλοξενούν αμέτρητα παράξενα πλάσματα, από αράχνες που τρέφονται με μεθάνιο μέχρι χταπόδια που αλλάζουν σχήμα. Ανάμεσά τους βρίσκονται και τα γιγάντια ισόποδα, συγγενείς των κοινών «ψειρών της υγρασίας», αλλά σε μέγεθος που μπορεί να θυμίζει κορίνες μπόουλινγκ. Ορισμένα από αυτά τα ασυνήθιστα καρκινοειδή μπορούν να επιβιώσουν περισσότερα από πέντε χρόνια χωρίς τροφή, ένα φαινόμενο που επί χρόνια προβλημάτιζε τους επιστήμονες, δεδομένων των μεγάλων διαστάσεών τους.

Τώρα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το μυστικό αυτής της εντυπωσιακής αντοχής οφείλεται σε έναν συνδυασμό μεγάλου στομάχου και εξελικτικής «κλοπής». Πριν από εκατομμύρια χρόνια, οι πρόγονοι των γιγάντιων ισόποδων απέκτησαν από βακτήρια ένα γονίδιο που σχετίζεται με τον μεταβολισμό της ενέργειας και το ενσωμάτωσαν στο δικό τους DNA. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο τεύχος της 6ης Αυγούστου του επιστημονικού περιοδικού Cell, προσφέρουν νέα στοιχεία για το πώς ορισμένοι οργανισμοί καταφέρνουν να επιβιώνουν σε ακραία περιβάλλοντα, όπως αυτά των ωκεανών.

Γιατί η ζωή –η όποια μορφή ζωής, του όποιου είδους– στον πυθμένα του ωκεανού δεν είναι εύκολη υπόθεση. Το περιβάλλον είναι σκοτεινό, παγωμένο, χαρακτηρίζεται από τεράστιες πιέσεις και ελάχιστη διαθέσιμη τροφή. «Είναι ένας κόσμος αιώνιας νύχτας και συντριπτικής πίεσης, κι όμως η ζωή βρίσκει τρόπο να τα καταφέρει», δήλωσε ο βιολόγος Jianhai Xiang της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών στο Reuters.
Τα γιγάντια ισόποδα κινούνται στον βυθό του Ατλαντικού και του Ινδο-Ειρηνικού σε βάθη που φτάνουν σχεδόν τα 2.100 μέτρα. Αυτά τα εντυπωσιακά ζώα, συγγενικά με τα ισόποδα της ξηράς, μπορούν να φτάσουν σε μήκος από 28 έως και 50 εκατοστά.

Για να κατανοήσουν καλύτερα αυτό που αποκαλούν «παράδοξο του γιγαντισμού των οργανισμών των βαθέων υδάτων», οι επιστήμονες μελέτησαν την ανατομία και τα γονιδιώματα, δηλαδή το πλήρες γενετικό τους υλικό, δύο ειδών γιγάντιων ισόποδων που ζουν σε διαφορετικά βάθη. Συγκεκριμένα, συνέλεξαν δείγματα του Bathynomus jamesi από βάθος σχεδόν 900 μέτρων στη Νότια Σινική Θάλασσα και του Bathynomus doederleini από περίπου 300 μέτρα βάθος στην Ανατολική Σινική Θάλασσα. Παράλληλα, συνέκριναν αυτά τα είδη με το παράκτιο ισόποδο Cleantiella isopus, το οποίο συλλέχθηκε στην περιοχή Τσινγκντάο της Κίνας.

Τεράστιο στομάχι και ένα γονίδιο... δανεικό: το μυστήριο του ωκεανού

Οι αναλύσεις αποκάλυψαν ότι το ισόποδο που ζει στα μεγαλύτερα βάθη διέθετε ένα τεράστιο στομάχι, το οποίο καταλάμβανε περίπου τα δύο τρίτα της σωματικής του κοιλότητας. Αναλογικά, ήταν πολύ μεγαλύτερο από το στομάχι του άλλου γιγάντιου είδους που μελετήθηκε. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι αυτό το ευρύχωρο όργανο λειτουργεί ως αποθήκη τροφής. Με άλλα λόγια, το Bathynomus jamesi μπορεί να καταβροχθίζει μεγάλες ποσότητες τροφής, συνήθως υπολείμματα ψαριών, καβουριών και νεκρής οργανικής ύλης που βρίσκει στον βυθό, και να αποθηκεύει σημαντικό μέρος αυτής της τροφής στο σώμα του για μελλοντική χρήση.

Επιπλέον, τόσο το B. jamesi όσο και το B. doederleini βρέθηκε ότι διαθέτουν ένα γονίδιο με την ονομασία ND1. Το δεύτερο είδος, το οποίο ζει σε βάθη όπου οι πηγές τροφής είναι σχετικά πιο άφθονες, φέρει λίγα αντίγραφα του γονιδίου και το εκφράζει σε χαμηλά επίπεδα, δηλαδή το γονίδιο παραμένει σε μεγάλο βαθμό «ανενεργό». Αντίθετα, στο B. jamesi, που κατοικεί σε πολύ πιο ακραία και φτωχά σε τροφή περιβάλλοντα, το ND1 φαίνεται να συμβάλλει στη μείωση του ρυθμού παραγωγής ενέργειας. Έτσι περιορίζεται η κατανάλωση ενεργειακών αποθεμάτων και αυξάνεται η αντοχή του ζώου σε παρατεταμένες περιόδους ασιτίας.

Για να κατανοήσουν καλύτερα τη λειτουργία του γονιδίου, οι επιστήμονες τροποποίησαν γενετικά ζεβρόψαρα, νηματώδεις σκώληκες και ανθρώπινα κύτταρα ώστε να περιέχουν το ND1. Τα πειράματα έδειξαν ότι η παρουσία του γονιδίου μείωνε τον μεταβολικό ρυθμό αυτών των οργανισμών σε χαμηλές θερμοκρασίες. Μάλιστα, σε θερμοκρασία περίπου 18 βαθμών Κελσίου, τα ζεβρόψαρα που έφεραν το γονίδιο και στερούνταν τροφής έζησαν κατά 37% περισσότερο από τα φυσιολογικά ψάρια.

Η κατασκευή του εξελικτικού γενεαλογικού δέντρου των γιγάντιων ισόποδων βοήθησε τους ερευνητές να διαπιστώσουν ότι οι πρόγονοί τους απέκτησαν το γονίδιο ND1 πριν από περισσότερα από 16 εκατομμύρια χρόνια. Πιθανότατα το γονίδιο προήλθε από κάποιο βακτήριο που ζούσε στο πεπτικό σύστημα αυτών των αρχέγονων οργανισμών. Επειδή τα βακτήρια και τα ζώα αποτελούν εξαιρετικά διαφορετικές μορφές ζωής, ένα τέτοιο γεγονός οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων θεωρείται εξαιρετικά σπάνιο. Όπως σημειώνει ο ερευνητής Yuan, το γονίδιο προσέφερε στα ισόποδα ένα επιπλέον εργαλείο για να ρυθμίζουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την κατανάλωση ενέργειας, ιδιαίτερα όταν χρειάζεται να επιβραδύνουν τον μεταβολισμό τους.

Παράθυρο για νέες έρευνες στα ωκεάνια βάθη

Σύμφωνα με τον εξελικτικό βιολόγο Yang Li του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη, τα γιγάντια ισόποδα αποτελούν ένα εντυπωσιακό παράδειγμα του ότι η εξέλιξη δεν περιορίζεται αποκλειστικά στα γονίδια που ήδη διαθέτει ένας οργανισμός. Ο ίδιος διερωτάται αν και άλλα ζώα των μεγάλων θαλάσσιων βαθών έχουν αποκτήσει, με ανάλογο τρόπο, «δανεικά» γονίδια που τα βοηθούν να επιβιώνουν σε τόσο ακραίες συνθήκες.

Η ανακάλυψη αυτή «ανοίγει ένα εντελώς νέο παράθυρο για τη μελέτη της εξέλιξης του γιγαντισμού στα μεγάλα θαλάσσια βάθη και του ρόλου που διαδραματίζει το μικροβίωμα στην προσαρμογή των οργανισμών σε αυτά τα ακραία περιβάλλοντα», δήλωσε ο θαλάσσιος βιολόγος Torben Riehl του Ερευνητικού Ινστιτούτου Senckenberg στη Γερμανία, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη, στο Scientific American.

Την άποψη αυτή συμμερίζεται και ο συν-συγγραφέας της έρευνας, Jianbo Yuan, θαλάσσιος βιολόγος της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών.

«Η εργασία μας όχι μόνο λύνει το μυστήριο της εξαιρετικά μεγάλης αντοχής στην ασιτία που παρουσιάζουν τα ισόποδα των μεγάλων θαλάσσιων βαθών», ανέφερε ο Yuan σε σχετική ανακοίνωση, «αλλά προσφέρει και ένα σημαντικό μοντέλο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η ζωή εξισορροπεί την ανάπτυξη και την επιβίωση σε ακραία περιβάλλοντα».

Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι η επιβίωση σε μερικά από τα πιο αφιλόξενα σημεία του πλανήτη δεν εξαρτάται μόνο από ανατομικές προσαρμογές, όπως το τεράστιο στομάχι των γιγάντιων ισόποδων, αλλά και από βαθιές εξελικτικές και γενετικές καινοτομίες που αποκτήθηκαν πριν από εκατομμύρια χρόνια.

ΠΗΓΗ: Smithsonianmag.com