Finezyjna moc żebropława

Badania opublikowane w „Science” wyjaśniają, dlaczego głębokowodne żebropławy wytrzymują takie ekstremalne ciśnienie, by po wypłynięciu na powierzchnię „stopnieć” niczym Zła Czarownica z Zachodu. „U wielu gatunków żebropławów jest tak, że to wysokie ciśnienie wody trzyma w ryzach ich ściany komórkowe” – wyjaśnia główny autor pracy Jacob R. Winnikoff, biochemik z Harvard University badający organizmy z głębin oceanicznych.

Żebropławy to podobne do zjaw workowate organizmy, których krystaliczne żeberka – struktury służące do poruszania się w wodzie – załamują światło, przez co tworzy się tęcza. Mimo eterycznej budowy są agresywnymi drapieżnikami uganiającymi się za planktonem oraz małymi skorupiakami i rybami od jednego bieguna ziemskiego do drugiego. Choć przypominają meduzy, nie są z nimi spokrewnione.

Aby sprawdzić, dlaczego żebropławy czują się tak swobodnie w otchłaniach morskich, naukowcy zgromadzili okazy reprezentujące gatunki żyjące na różnych poziomach. Na przykład w pobliżu Hawajów i w Arktyce nurkowie schwytali żebropławy preferujące niewielkie głębokości, a nieopodal Kalifornii zdalnie sterowane pojazdy głębinowe wessały do swojego wnętrza żebropławy żyjące nawet 4 km poniżej lustra wody.

Badania porównawcze tkanek schwytanych zwierząt wykazały, że im głębsze wody zamieszkuje żebropław, tym wyższy jest u niego poziom związków z grupy PPE (plasmenyl phosphatidylethanolamine) – stożkowych fosfolipidów, substancji tłuszczowych stanowiących ważny składnik błony komórkowej.

W warunkach wysokiego ciśnienia wszystkie cząsteczki są nieco „ściśnięte” – mówi Winnikoff – a ponieważ lipidy są szczególnie gąbczaste, te z nich, które mają kształt stożkowaty, przybierają kształt walców. Zwykle kombinacja walcowatych i stożkowatych lipidów zapewnia ścianie komórkowej stabilność i elastyczność. Kiedy stożków jest za mało, walce przywierają do siebie niczym cegły i komórka przestaje działać – tłumaczy Winnikoff. Białka komórki mają bowiem za mało przestrzeni, aby pracować. Sygnały nie mogą ani wyjść z komórki, ani do niej wejść. Następuje paraliż.

Winnikoff i jego współpracownicy skorzystali z akceleratora cząstek, by poznać strukturę PPE. Odkryli, że związek ten zachowuje się inaczej niż jakikolwiek poznany dotąd fosfolipid. Nawet pod bardzo dużym ciśnieniem pozostaje stożkiem – ustalili naukowcy dzięki modelowaniu.

Ale są też minusy tej sytuacji: żebropławy przystosowane do życia w głębinach potrzebują wysokiego ciśnienia do prawidłowego działania błon komórkowych. Gdy to ciśnienie spada, wówczas stożki PPE powiększają się; w wyniku tej zmiany błony komórkowe się marszczą, pękają i finalnie zwijają w nanoskopowe rurki, przypominające makaron.

Działając spontanicznie, naukowcy za pomocą narzędzi inżynierii genetycznej zwiększyli poziom PPE u bakterii Escherichia coli, zastępując tym związkiem jedną czwartą jej oryginalnych fosfolipidów. Stwierdzili, że – inaczej niż zwykła E. coli, która zwalnia tempo wzrostu przy dużym ciśnieniu – ta z większą ilością PPE „zachowywała się identycznie” przy ciśnieniu atmosferycznym oraz przy symulowanym ciśnieniu panującym na głębokości 5 km.

„To naprawdę fantastyczne odkrycie. Wreszcie wyjaśniona została zagadka żebropławów” – komentuje Cornelia Jaspers, ekolożka prowadząca badania nad tymi zwierzętami na Danmarks Tekniske Universitet. Z kolei Sanna Majaneva, ekolożka morska z norweskiego instytutu badań morskich Akvaplan-niva, mówi, że w końcu dowiedziała się, dlaczego tak wiele okazów rozpłynęło się lub rozpadło na jej oczach od czasu, gdy ponad dekadę temu zaczęła zajmować się żebropławami.

Badania mogą się też przydać ludziom: fosfolipidy PPE znajdują się w układzie nerwowym człowieka, a ich ubytek został powiązany z takimi schorzeniami, jak choroba Alzhemiera. Ustalenie dokładnej struktury i kształtu PPE oraz umiejętność manipulowania ich ilością może pozwolić na opanowanie nowych skutecznych terapii neurologicznych – mówi współautor artykułu Itay Budin, biofizyk z University of California w San Diego. „Jak widać, to odkrycie dotyczy nie tylko głębin morskich” – podkreśla.

Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.