Antarktičke hobotnice žive u najhladnijim vodama na svetu, gde temperature dostižu maksimum od 10°C (50°F) i često padaju na skoro -2°C (28°F). Kako ova ‘hladnokrvna’ stvorenja preživljavaju takve ekstreme bilo je nešto kao misterija.
Nedavno je otkriveno da čudne hobotnice iz roda Pareledone koriste svoja tri srca da pumpaju posebnu vrstu plave krvi oko svojih tela, snabdevajući tkiva kiseonikom čak i u superhladnim okruženjima poput Antarktika.
Slično mnogim drugim vrstama koje žive u trajno hladnoj vodi, čini se da ove hobotnice takođe imaju enzime prilagođene hladnoći, prema istraživanju koje je vodila Morska biološka laboratorija u SAD.
Takvi proteini igraju ključnu ulogu u nizu biohemijskih reakcija. Kod antarktičkih stvorenja, njihova jedinstvena fleksibilnost omogućava im da funkcionišu čak i na nižim temperaturama, dok enzimi iz umerenijih hobotnica usporavaju 25 procenata u slučaju sličnih ekstrema.
Rastvorljivi enzimi – poput onih koji razgrađuju hranu u našim crevima – mogu se lakše prilagoditi različitim temperaturama zbog posebnih reakcija u koje su uključeni. Ali ne mogu svi enzimi u telu da priušte da budu ovako fleksibilni. Neki su uvučeni u ćelijske membrane, gde su njihovi ‘radni uslovi’ daleko rigidniji.
Ove proteinske ‘pumpe’ ili kanali prenose važne jone u i iz ćelije, stvarajući gradijente koji omogućavaju širenje energije.
Dakle, kako se ovi konkretni enzimi nose sa hladnoćom Antarktika?
Istraživači iz Morske biološke laboratorije, Univerziteta u Portoriku i američkog Nacionalnog instituta za neurološke poremećaje i moždani udar odlučili su da kopaju u detalje.
Napravili su dva modela: jedan zasnovan na enzimu natrijum-kalijum pumpe koji se nalazi u antarktičkim hobotnicama (Pareledone) i drugi zasnovan na istoj pumpi pronađenoj u umerenoj vrsti zvanoj hobotnica sa dve tačke (Octopus bimaculatus).
Autori su odabrali ovaj enzim jer izvozi tri natrijumova jona i uvozi dva jona kalijuma po ceni jednog molekula adenozin trifosfata (ATP), koji je izvor energije ćelije. Ova razmena je neophodna za ekscitabilnost ćelija i transport rastvorenih materija.
„Zbog svog centralnog značaja, [natrijum-kalijum pumpa] treba da bude pod jakom selekcijom da bi efikasno radila u različitim termičkim okruženjima“, objašnjavaju autori.
Baš kao što je tim sumnjao, antarktička pumpa je radila bolje na -1,8 °C od pumpe umerene temperature. Bio je manje suštinski osetljiv na hladnoću.
Građevinski blokovi, ili aminokiseline, koji formiraju antarktičku pumpu, malo su se razlikovali od onih u umerenim vrstama hobotnica.
Ukupno, istraživači su izbrojali 12 lokacija na antarktičkoj sekvenci aminokiselina na kojima se činilo da mutacija daje otpornost na hladnoću.
Dodavanjem ovih mutacija jednu po jednu u model, istraživači su otkrili da su tri mutacije posebno radile zajedno kako bi obezbedile većinu hladnog otpora pumpe.
Štaviše, većina ovih mutacija bila je pozicionirana na interfejsu između pumpe i ostatka ćelijske membrane.
Jedna mutacija, na lokaciji L314V, imala je najveći efekat od serije. Bez toga, pumpa više nije radila na niskim temperaturama.
Istraživači će morati dalje da prouče detalje iza ove mutacije, ali može biti da ova različita amino kiselina na ovoj specifičnoj lokaciji nekako daje pumpi dodatni prostor za pomeranje unutar ćelijske membrane.
Biofizičar Migel Holmgren iz američkog Nacionalnog instituta za neurološke poremećaje i moždani udar nije bio iznenađen što će interfejs između proteina i membrane biti mesto za takve adaptacije
„Za nas to ima smisla“, rekao je on.
Autori se sada nadaju da će sprovesti dalje eksperimente o tome kako proteinske pumpe antarktičkih hobotnica održavaju ćelije da se aktiviraju na hladnim temperaturama.
