Эксперимент по имитации закисления океана выявил перераспределение метаболической энергии
Experimental ocean acidification alters the allocation of metabolic energy. T.-C. Francis Pan, Scott L. Applebaum, Donal T. Manahan. PNAS Early Edition. 2015. Published online www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1416967112.
Условия на нашей планете иногда меняются довольно резко, и в последнее время человек вносит в это значительный вклад. К примеру, уровень углекислого газа в атмосфере сейчас далеко не самый высокий в истории Земли, но зато скорость его роста – беспрецедентно высокая: сейчас содержание СО2 в атмосфере нашей планеты растет на 2,2% каждый год. Живым организмам приходится приспосабливаться к резким изменениям глобальных климатических условий. Важно понять, как действуют механизмы адаптации с увеличение влияния фактора, к которому приходится приспосабливаться. В результате увеличения количества углекислого газа в атмосфере он более активно растворяется в воде, вследствие чего происходит закисление водоемов. Обитателям таких закисленных вод приходится вкладывать больше ресурсов в поддержание гомеостаза. Например, сейчас парциальное давление СО2 составляет 400 мкат. При превышении определенного значения, организмам начинает не хватать энергии для нормального роста и развития. Традиционно биологический эффект закисления океанических вод изучают на личинках морских позвоночных, обладающих известковыми структурами, к которым, в частности, относятся морские ежи. В ходе эксперимента парциальное давление увеличивали до 900 мкат. Личинки морских ежей Strongylocentrotus purpuratus, выращенные в таких условиях, оказались на 5% мельче обычного, а при давлениях от 1200 мкат и выше у них начинали проявляться задержки в развитии. Авторы смогли подобрать такое парциальное давление CO2, когда влияние на внешний вид организмов еще не было заметно, но на молекулярном уровне уже происходили серьезные изменения. В ходе эксперимента поддерживалось давление 800 мкат – таким оно будет, по прогнозам, к 2100 г. Выращенные при таких условиях морские ежи ничем внешне не отличались от своих сородичей, выращенных при обычном парциальном давлении (400 мкат). Они были такими же по размеру, их метаболизм (потребление кислорода) не отличался по интенсивности, у их клеток был такой же белковый состав, но вот скорость синтеза белков у ежей, живших в более закисленной воде, была выше. То есть им приходилось интенсивнее синтезировать новые копии своих обычных белков, чем в норме. Кроме того, было обнаружено усиление транспорта ионов через клеточную мембрану у ежей, которые жили в более кислой воде. То есть, клеткам приходилось активнее заниматься транспортом ионов, чтобы поддерживать правильный pH в условиях закисления среды. Было подсчитано, что морским ежам, которые жили в закисленной воде, приходилось тратить на синтез белков и транспорт ионов 84% своих запасов АТФ. В норме на эти процессы уходит около 55% АТФ. Естественно, у животного, которое вынуждено тратить так много энергии просто на поддержание гомеостаза, остается меньше ресурсов на то, чтобы реагировать на другие неблагоприятные обстоятельства. Кроме того, морские ежи могли позволить себе тратить так много АТФ на поддержание гомеостаза, только если у них было достаточно пищи. А вот морские ежи, которых не кормили, использовали на белковый синтез и ионный транспорт только 62% АТФ. Делается вывод о том, что именно интенсивность работы белков, занимающихся поддержанием гомеостаза в клетке, модифицируется первой, когда условия меняются в неблагоприятную сторону.
В.В. Стрекопытов