Общество
02.09.2022 в 11:05
Сибирские лягушки выживают зимой, производя себе спирт
Исследование их «самогонного аппарата» поможет в создании новых методов криоконсервации органов
Текст: Номер один
Ученые Института цитологии и генетики СО РАН совместно с сотрудниками Института биологических проблем Севера ДВО РАН изучают механизмы устойчивости амфибий к гипоксии — низкому содержанию кислорода в тканях. Результаты исследования помогут найти генные пути адаптации позвоночных к кислородному голоданию и разработать новые методы криоконсервации органов, сообщает журнал «Наука в Сибири».
Земноводные — выходцы из южных краев, однако некоторые из них, приспособившиеся к жизни на Севере, обладают адаптациями для перенесения отрицательных температур. Одни выдерживают замораживание, другие уходят на зиму в незамерзающие водоемы. Амфибии до недавнего времени считались малоустойчивыми к гипоксии, однако в 2019 году магаданские биологи показали, что сибирская лягушка Rana amurensis до полугода выживает в воде с почти полным отсутствием кислорода и сохраняет способность двигаться. Остромордая лягушка Rana arvalis и саламандра Salamandrella keyserlingii (сибирский углозуб) остаются на суше в верхних 10—15 см почвы и при замерзании испытывают жесткую гипоксию из-за прекращения циркуляции крови, доставляющей кислород к тканям.
«Проблема заморозки в том, что вода может кристаллизоваться внутри клеток и разорвать их, это приведет к гибели животного. Задача организма — создать физико-химические условия, при которых лед образуется в минимальных количествах и во внеклеточном пространстве», — рассказывает руководитель проекта по гранту, старший научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Сергей Шеховцов.
Земноводные, зимующие на суше, замерзают при небольших отрицательных значениях, но далее выдерживают весьма низкие температуры. Например, остромордая лягушка способна переносить охлаждение до -16 °C, сибирский углозуб — до -55 °C. Амфибии при этом накапливают криопротекторы — вещества, которые защищают организм от разрушающего действия холода. По словам исследователей, большинство земноводных либо выживают при охлаждении до -1—1,5 °C, либо погибают. Остромордая лягушка и сибирский углозуб адаптированы к жизни в экстремальных зимних условиях и весной оживают без какого-либо вреда для организма.
Сибирская лягушка имеет высокую устойчивость к гипоксии, но не переносит длительного охлаждения ниже -2,5 °C, поэтому не может зимовать на суше. В морозный период она выбирает непромерзающий водоем. Лягушка находится под водой практически без кислорода. Адаптация сибирской лягушки к длительной экстремальной гипоксии — первый известный случай в классе амфибий.
В лабораторных исследованиях биологи совместно с коллегами из Международного томографического центра СО РАН изучили метаболом (совокупность малых молекул в организме) всех трех амфибий. Животные к осени накапливают в печени гликоген — полисахарид, распадающийся зимой на глюкозу и глицерин. Эти соединения обеспечивают энергией клетки организма до замораживания, а затем выступают в качестве антифриза. Метаболомный анализ выявил накопление продуктов гликолиза: лактата и аланина. Это означает, что, пребывая в воде без кислорода или в процессе замораживания, животные переходят на анаэробный обмен. В состоянии гипоксии/замораживания у лягушек и углозуба ученые обнаружили этанол, который ранее никогда не отмечался в таком количестве у наземных позвоночных.
У всех видов в экспериментах обнаружили глицерин, который выступает криопротектором у многих морозоустойчивых животных. Его присутствие у остромордой лягушки неожиданно, так как считалось, что она использует в качестве антифриза глюкозу и мочевину. Содержание глицерина в организме сибирской лягушки исследователи считают еще более интересным — роль его неясна, потому что эта амфибия не переносит замораживания. Наличие в организмах животных-моделей множества, как казалось ранее, нетипичных для этих видов веществ позволяет ученым строить гипотезы об их устойчивости к экстремальным условиям.
Фото: sbras.info
Земноводные — выходцы из южных краев, однако некоторые из них, приспособившиеся к жизни на Севере, обладают адаптациями для перенесения отрицательных температур. Одни выдерживают замораживание, другие уходят на зиму в незамерзающие водоемы. Амфибии до недавнего времени считались малоустойчивыми к гипоксии, однако в 2019 году магаданские биологи показали, что сибирская лягушка Rana amurensis до полугода выживает в воде с почти полным отсутствием кислорода и сохраняет способность двигаться. Остромордая лягушка Rana arvalis и саламандра Salamandrella keyserlingii (сибирский углозуб) остаются на суше в верхних 10—15 см почвы и при замерзании испытывают жесткую гипоксию из-за прекращения циркуляции крови, доставляющей кислород к тканям.
«Проблема заморозки в том, что вода может кристаллизоваться внутри клеток и разорвать их, это приведет к гибели животного. Задача организма — создать физико-химические условия, при которых лед образуется в минимальных количествах и во внеклеточном пространстве», — рассказывает руководитель проекта по гранту, старший научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Сергей Шеховцов.
Земноводные, зимующие на суше, замерзают при небольших отрицательных значениях, но далее выдерживают весьма низкие температуры. Например, остромордая лягушка способна переносить охлаждение до -16 °C, сибирский углозуб — до -55 °C. Амфибии при этом накапливают криопротекторы — вещества, которые защищают организм от разрушающего действия холода. По словам исследователей, большинство земноводных либо выживают при охлаждении до -1—1,5 °C, либо погибают. Остромордая лягушка и сибирский углозуб адаптированы к жизни в экстремальных зимних условиях и весной оживают без какого-либо вреда для организма.
Сибирская лягушка имеет высокую устойчивость к гипоксии, но не переносит длительного охлаждения ниже -2,5 °C, поэтому не может зимовать на суше. В морозный период она выбирает непромерзающий водоем. Лягушка находится под водой практически без кислорода. Адаптация сибирской лягушки к длительной экстремальной гипоксии — первый известный случай в классе амфибий.
В лабораторных исследованиях биологи совместно с коллегами из Международного томографического центра СО РАН изучили метаболом (совокупность малых молекул в организме) всех трех амфибий. Животные к осени накапливают в печени гликоген — полисахарид, распадающийся зимой на глюкозу и глицерин. Эти соединения обеспечивают энергией клетки организма до замораживания, а затем выступают в качестве антифриза. Метаболомный анализ выявил накопление продуктов гликолиза: лактата и аланина. Это означает, что, пребывая в воде без кислорода или в процессе замораживания, животные переходят на анаэробный обмен. В состоянии гипоксии/замораживания у лягушек и углозуба ученые обнаружили этанол, который ранее никогда не отмечался в таком количестве у наземных позвоночных.
У всех видов в экспериментах обнаружили глицерин, который выступает криопротектором у многих морозоустойчивых животных. Его присутствие у остромордой лягушки неожиданно, так как считалось, что она использует в качестве антифриза глюкозу и мочевину. Содержание глицерина в организме сибирской лягушки исследователи считают еще более интересным — роль его неясна, потому что эта амфибия не переносит замораживания. Наличие в организмах животных-моделей множества, как казалось ранее, нетипичных для этих видов веществ позволяет ученым строить гипотезы об их устойчивости к экстремальным условиям.
Фото: sbras.info
