V roce 1928 ulovil biolog jménem Ditlef Rustad na pobřeží Bouvetova ostrova v Antarktidě neobvyklou rybu. „Bílá krokodýlí ryba“, jak ji Rusted popsal, měla velké oči, velkou tlamu plnou zubů a průhledné ploutve jako dlouhé peří. Ryba byla velmi bledá, na některých místech bylo její tělo bílé jako sníh, zatímco jiné části těla byly téměř průhledné. Dokonce i norští velrybáři v XNUMX. století říkali, že ve vzdálené Antarktidě, poblíž ostrova South Georgia v jihozápadní části Atlantského oceánu, byly podivné ryby s bezbarvou krví, které nazývali „bezkrevné“ a „ledové“. A nyní se tyto příběhy, považované vědci za fikci, ukázaly jako pravdivé.
Když si Rusted rybu prohlížel, uvědomil si, že její krev je prakticky bezbarvá – nikde nebyla ani kapka červené. Zvláštní byly i její žábry: natřené na bílo, měly konzistenci jogurtu, pokud lze takové srovnání udělat. Stejná treska má červené žábry, jako většina ostatních ryb. To vše díky velkému počtu krevních cév, které tento orgán prostupují. U bělokrevných ryb je síť krevních cév obecně hustší než u běžných ryb, zejména v žábrách.
Nedostatek červených krvinek v krvi? Jak je tohle možné?
V žábrách, jak víte, je krev nasycena kyslíkem, poté je kyslík distribuován po celém těle. Ať je tedy ryba jakékoli barvy, její žábry by měly být červené, nebo alespoň tmavé – a ne úplně bílé, jako u podivných ryb z Antarktidy.
O něco později Johan Ruud a další výzkumníci vysvětlili, proč to všechno bylo tak. Faktem je, že tato ryba, která dostala jméno „ledová ryba“ (Champsocephalus gunnari), se ukázala jako zástupce ryb z čeledi Channichthyidae, jejíž téměř všichni zástupci postrádají hemoglobin a červené krvinky. Právě hemoglobinu a červeným krvinkám vděčíme za to, že naše tělo přijímá kyslík a zachycuje jej z atmosférického vzduchu.
Zpočátku se vědci rozhodli, že nedostatek hemoglobinu byl přizpůsobením ultra nízkým teplotám a přechlazené vodě bohaté na kyslík v regionu. Ve vodě rybího prostředí je skutečně hodně kyslíku – absorbuje se téměř sám. Někdo by se mohl ptát, proč ryby potřebují tyto krvinky, když kyslík již bez problémů proudí do žáber? A odborníci došli k závěru, že to všechno jsou evoluční změny, které rybám umožnily adaptovat se na extrémní teploty.
Jenže se ukázalo, že všechno bylo trochu jinak. O něco později vědci zjistili, že ztráta hemoglobinu není vůbec adaptační adaptací. Jde spíše o genetickou mutaci se změnami, které nejsou příliš pozitivní pro daný druh nebo dokonce celou rodinu. Protože krev ryby bez hemoglobinu je schopna nést pouze 10 % kyslíku, který je obvykle transportován červenými krvinkami tropických ryb, musela „ledová“ ryba zcela přetvořit své tělo, aby přežila.
Tomuto druhu se díky řadě okolností podařilo navzdory všem předpokladům přežít. Ledové ryby žijí v jižním Severním ledovém oceánu, který obklopuje Antarktidu. Proudy brání regionu v získávání teplejší vody. Z tohoto důvodu je zde voda vždy studená. Jeho teplota se pohybuje od 1,5 stupně Celsia v létě do -1,8 stupně Celsia v zimě (jak známo, mořská a oceánská voda zamrzá při teplotách hluboko pod nulou).
A ryby musely vyvinout speciální nemrznoucí protein, který chrání zvířata před tvorbou ledových krystalků v krvi, když teplota vody klesne pod nulu. 16 druhů ryb v Antarktidě patří do čeledi Channichthyidae, která je zase součástí Notothenioidei. Navíc mezi všemi ostatními notothenii pouze tato ryba nemá hemoglobin v krvi. Mimochodem, v Jižním oceánu převládají ledovky a notothenia – tvoří 35 % všech druhů ryb a tvoří 90 % biomasy v regionu.
Genetici analyzovali DNA ledových ryb s DNA zástupců druhů ryb s červenou krví. Tuto studii provedl William Detrich z Northeastern University. Detrich a jeho kolegové objevili geny, které vedly ke specifickým mutacím. Ledová ryba ve skutečnosti ztratila jeden z genů, který je zodpovědný za „sestavení“ molekuly hemoglobinu.
Spolu s hemoglobinem ztratili bělokrevní během evoluce také myoglobin, který přenáší kyslík v kosterních svalech.
Jak již bylo zmíněno výše, donedávna byla ztráta hemoglobinu a červených krvinek ledovými rybami považována za adaptaci na studenou vodu. Protože žádný jiný obratlovec na světě neztratil hemoglobin nebo červené krvinky, vědci došli k závěru, že ztráta červených krvinek byla reakcí na měnící se prostředí. Při poklesu teploty (což znamená dlouhodobý proces) získávají výhodu zvířata s „tekutou krví“, která snadněji cirkuluje cévami. A protože červené krvinky jsou poměrně velké buňky, v určitém smyslu do tohoto procesu zasahují. Většina druhů ryb, které žijí v chladném klimatu, má v krvi mnohem méně červených krvinek než jejich příbuzní žijící v teplých vodách. Navíc některé druhy ryb mohou během zimy snížit hladinu červených krvinek v krvi, aby šetřily energii. To vše je pravda.
Christine O’Brien z University of Alaska Fairbanks a její kolegové se ale rozhodli otestovat předpoklad adaptivních změn u ledových ryb. Ve výsledcích studie vědci uvedli, že ledová ryba má větší srdce a krevní cévy než jiné notothenioidní ryby. I když krev cirkuluje aktivněji cévami ledových ryb, protože je zbavena červených krvinek, ryby musí pumpovat obrovské objemy krve, aby dodaly dostatek kyslíku všem tkáním a orgánům.
V důsledku toho ledové ryby podle vědců vynakládají dvakrát více energie na proces krevního oběhu než jejich příbuzní. Práce srdce v klidu u běžných arktických ryb bere asi 5 % energie, kterou spotřebuje celé tělo. U ledových ryb se toto číslo zvyšuje až o 22 %. Některé orgány průhledných ryb jsou proniknuty hustší sítí krevních cév než orgány jiných ryb. To platí zejména pro oči ledových ryb.
Jak vidíme, jen stěží to lze nazvat výnosnou adaptační akvizicí zaměřenou na úsporu energie. Naopak se ztrácí více než u rybích druhů s červenou krví. Zvětšení srdce a rozšíření sítě krevních cév, ano, jsou již důsledkem evolučního procesu, který umožnil této podivné rybě přežít. Úspor energie je dosaženo díky přítomnosti dalších mechanismů. Například ryby nemají ledvinové krvinky. Odstranění toxických látek z ledových ryb se provádí speciálními sekrečními buňkami ledvinových tubulů.
Kromě toho mají ledové ryby vyšší objem mitochondrií a podobný počet mitochondrií jako jiné příbuzné druhy ryb. Mitochondriální membrány bílých krvinek mají vyšší poměr lipidů k proteinům. To je pravděpodobně způsobeno specifickým proteinovým regulátorem mitochondriální biogeneze PGC-1α*. PGC-1α je transkripční koaktivátor a je centrální pro tvorbu mitochondrií v buňkách. Nedávno bylo zjištěno, že PGC-1α reguluje složení a funkci jednotlivých mitochondrií a jejich oxidační metabolismus. Zvýšený oxidativní metabolismus je spojen se zvýšenou aktivitou PGC-1α, která je doprovázena zvýšením reaktivních forem kyslíku (ROS) v mitochondriích. Ale tento protein je také silným regulátorem vychytávání ROS, protože vysoké hladiny PGC-1α spouštějí expresi mnoha antioxidačních enzymů.
Bílí krev musí trávit většinu času nehybně. Tyto ryby mohou také absorbovat kyslík z vody přes kůži.
Led v krvi – žádný problém
Asi před 25 miliony let se Severní ledový oceán začal ochlazovat. Mimochodem, Severní ledový oceán je konvenční název pro vody tří oceánů (Tichomoří, Atlantiku a Indického) obklopujících Antarktidu a často se označuje jako „pátý oceán“, který však nemá jasně vymezenou severní hranici. ostrovy a kontinenty.
Když se tedy v této oblasti ochladily vody oceánu, uhynulo velké množství živočišných druhů, které se nedokázaly přizpůsobit a produkovat speciální nemrznoucí proteiny ani se jinak adaptovat na chlad. Ty druhy, které to dokázaly, přežily.
Stejná ledová ryba vytváří v krvi ledové krystaly – to je osudné pro mnoho jiných druhů zvířat, ale ne pro tento druh. Speciální protein totiž zabraňuje tomu, aby se již vytvořené kusy ledu staly středem krystalizace, což by vedlo k úplnému zmrazení ryby. Krev a mezibuněčná tekutina zůstávají tekuté. Právě tato funkce umožňuje, aby se na jižním pólu dařilo ledovým rybám.
Nemrznoucí protein se nazývá AFGP (nemrznoucí glykoprotein). Pravděpodobně pochází z pankeratické proteázy podobné trypsinogenu. Protein je schopen se vázat na mikroskopicky malé ledové krystalky, čímž brání jejich růstu.
Síh (také nazývaný ledovec) zcela zmrzne pouze při -6 stupních Celsia.
Člověk vytváří problémy pro bílé krve
Globální oteplování zemského klimatu způsobuje, že se vody Severního ledového oceánu stávají teplejšími a kyselejšími. Krmivo pro bílé ryby (obvykle zbytky, které se objevují ve vodě při tání ledu) ubývá. Bílé krve jsou citlivější na změnu klimatu než jejich červené pokrevní příbuzné. Ichtyologové se domnívají, že tento druh ryb může existovat pouze ve studené vodě v polárních oblastech a pouze v určitém teplotním rozmezí. V jiných oblastech povedou vlastnosti ledových ryb k jejich rychlé smrti.
Pokud bude oteplování pokračovat – a to je s největší pravděpodobností tento případ –, pak se bělokrevní lidé budou muset buď znovu přizpůsobit, opět „vynaleznou“ červené krvinky, nebo úplně vymřou a nezanechají po sobě nic. Samozřejmě bychom rádi doufali, že tato neobvyklá a zvláštní ryba dokáže přežít i v podmínkách měnícího se klimatu.
- Populární věda
- Biotechnologie
- Fyzika
