Ученые из Иркутского муниципального университета, Белорусского государственного университета, Байкальского исследовательского центра, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального института узнали, как бокоплав-кузнечик Gammarus lacustris реагирует на постепенный рост температуры окружающей воды и какими биохимическими приспособлениями он пользуется, чтоб выжить. Оказалось, что в горячей воде в клеточках гаммарусов этого вида активно окисляются липиды, а работа «бескислородного» фермента лактатдегидрогеназы тормозится, но кислородное дыхание идет с еще огромным трудом. Научная статья опубликована в журнальчике PeerJ.
Температура — один из принципиальных факторов, определяющих устойчивость наземных и аква экосистем. Учитывая, что в последнее десятилетие средняя температура воды на поверхности озер выросла на 0,34 градуса Цельсия и продолжает возрастать, сообщества озер уже претерпевают и далее будут претерпевать существенные изменения. Соответственно, нужно понять, как на потепление воды реагируют ее жители. Авторы исследования для этой цели выбрали широко распространенного в Евразии бокоплава-кузнечика Gammarus lacustris. Он переносит колебания кислотности, солености и содержания кислорода в широких границах, и у него с высокой вероятностью можно найти биохимические приспособления к изменениям всех нареченных факторов. Учитывая, что толерантность (устойчивость) к завышенным температурам зависит и от того, как успешно организм справляется с недостатком кислорода, бокоплав-кузнечик отлично подходит для изучения тепловой толерантности.
Рачков этого вида собирали планктонной сетью в июле 2013 года на озере Шира (Республика Хакасия). Соленость там составляет 15−17 промилле, и это один из самых соленых водоемов, где имеют возможность жить Gammarus lacustris. Температура воды во время ловли гаммарусов составляла 15 градусов Цельсия. Сходу после сбора рачков их пересаживали в двухлитровые сосуды с водой из их местообитания, ее температура составляла 7 градусов Цельсия. В каждой банке плавало по 100 животных. (Ученые отбирали особей приблизительно одинаковой длины — 8−10 мм.) В течение недели гаммарусы освоились в этих условиях. Раз в два денька им меняли воду и каждый день кормили картофелем.
По прошествии недели акклиматизации начался опыт: каждый час температуру воды в сосудах поднимали на один градус Цельсия, и так до 33 градусов. Раз в два часа из воды вылавливали 4 рачков и определяли содержание белков термического шока (главным образом HSP70) и активность фермента лактатдегидрогеназы. Белки термического шока помогают клеткам справляться со стрессом, вызванным в том числе завышенными температурами. А лактатдегидрогеназа участвует в реакциях так именуемого бескислородного дыхания — гликолиза. Ее активность определяет, как хорошо клетка переносит недостаток этого газа — анаэробные (бескислородные) условия. Не считая того, исследователи учитывали количество пероксидов липидов, образовавшихся при повышении температуры воды. Этот параметр отражает уровень стресса, испытываемого клеточкой: пероксиды токсичны для нее и относятся к активным формам кислорода.
Анализ показал, что по мере роста температуры активность лактатдегидрогеназы в клетках гаммарусов падает (несмотря на то что примерно при 23−25 градусах мало повышается, но не до «холодноводных» значений), то есть понижается интенсивность реакций анаэробного дыхания. Это может быть связано с высочайшим содержанием в клетках лактата — соединения, которое выходит в ходе гликолиза и в огромных количествах подавляет работу лактатдегидрогеназы.
При этом не закончилось аэробное дыхание — окисление органических веществ клеточки кислородом. Но система переноса электронов, подходящих для его процессов, от слишком высочайшей температуры повредилась. Поэтому вместо глюкозы в митохондриях гаммарусов стали интенсивно окисляться липиды. Из-за той же «поломки» они преобразовывались не в углекислый газ и воду, а в собственные пероксиды — соединения, где находится химическая связь между двумя атомами кислорода. Такая связь просто рвется, и образовавшиеся фрагменты молекулы пероксида окисляют другие соединения, чем нередко нарушают биохимию клетки.
Увлекательно, что содержание белков теплового шока в тканях Gammarus lacustris от температуры воды не зависело и фактически не менялось. Ученые предположили, что это связано с изначальным высочайшим уровнем HSP70 у этих рачков. Выходит, что толерантность бокоплавов-кузнечиков к высокой температуре зависит по большей части не от белков термического шока, а от способности поддерживать обычное аэробное и анаэробное дыхание в критериях «сломанной» системы переноса электронов и скопления промежуточных продуктов гликолиза.
Зоопланктон, в том числе маленькие рачки, играет критически важную роль в аква экосистемах. Помимо прочего, они способны размешивать огромные объемы воды, тем самым глобально меняя ее состав. Об этом «Чердаку» говорил один из авторов описываемой работы, ведущий научный сотрудник ФИЦ Красноярского научного центра СО РАН Егор Задереев. А в другой публикации он упоминал один из нередких способов пережить неблагоприятные условия — период покоя (диапаузу). Многие планктонные рачки им пользуются.
