Ученые выяснили, почему у байкальских рачков-экстремалов такие "нежные" самки

Российские и немецкие ученые впервые описали протеом (совокупность всех белков) байкальского рачка Eulimnogammarus cyaneus, обитающего в прибрежной зоне, где часты резкие перепады температур. Оказалось, что у самок выше уровень обмена веществ и есть большее количество стрессовых белков — при размножении нагрузка на организм усиливается, что делает их очень чувствительными к воздействию внешних неблагоприятных факторов, в том числе и потепления из-за глобального изменения климата.

Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в Science of the Total Environment.

Молекулярная экология — относительно новое направление, которое раскрывает взаимосвязи молекулярного и экосистемного уровней. Исследование нуклеиновых кислот, белков и других биологически важных соединений позволяет понять, как организм приспосабливается к различным факторам внешней среды и как даже может дать начало новому виду. Кроме того, обнаруживаются совершенно новые молекулярные и клеточные механизмы, которые могут оказаться полезными для человека. Однако важнейшее применение молекулярной экологии — мониторинг состояния окружающей среды. Ярким примером могут стать недавние события на Камчатке, где по неизвестной причине произошла массовая вспышка размножения токсичных водорослей, вызвавшая гибель множество донных организмов. Раскрыть загадку этих массовых смертей помогло бы развитие методов точной детекции и диагностики на молекулярном уровне. Также это важно для защиты уникальных местообитаний, в которых живут эндемичные, то есть характерные лишь для определенной территории организмы. Исследованием таких исключительных рачков как Eulimnogammarus cyaneus из столь же исключительного озера Байкал занялись ученые из НИИ биологии Иркутского государственного университета совместно с немецкими коллегами из Институтов объединения имени Гельмгольца.

Эти рачки – настоящие экстремалы, поскольку живут лишь в узкой прибрежной зоне, где очень часто происходят перепады температур. Вместе с тем, их самки значительно чувствительнее к воздействию внешних факторов, чем самцы. Авторы работы решили выяснить, почему так происходит, и исследовали протеом — совокупность всех белков — и транскриптом животных — все молекулы РНК, которые считываются непосредственно с ДНК и служат матрицей для синтеза белка. При помощи современных методов масс-спектрометрии, жидкостной хроматографии и биоинформатики ученые идентифицировали 994 белка Eulimnogammarus cyaneus. Первый метод помогает понять, какие именно компоненты входят в состав образца, на основании отношения их массы к заряду. Второй – разделяет и анализирует сложные смеси, а третий позволяет провести анализ полученных результатов на компьютере.

"У самок повышен уровень специфичных белков стресса, а также энергетический метаболизм и обмен веществ значительно интенсивнее, чем у самцов. Большая нагрузка, связанная с репродуктивной функцией, вызывает усиление клеточного стресса, в результате чего самки оказываются более чувствительными, в частности, к резкому повышению температуры", — рассказывает Дарья Бедулина, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИИ биологии ИГУ.

Такое различие полов в устойчивости к стрессу может привести к нарушению структуры популяции этого вида и обернуться негативными последствиями для экосистемы в целом. Климат быстро меняется, и, несомненно, это имеет свой эффект на обитателей Байкала. Полученные данные уже помогают иркутским ученым предсказывать реакцию прибрежной экосистемы озера на дальнейшее повышение температур.

"Знание особенностей протеома байкальских эндемиков открывает огромные перспективы экофизиологических и эволюционных исследований. Например, используя протеомный метод, можно выявить, какие именно белки синтезируются в ответ на то или иное стрессовое воздействие. Это позволит разработать высокоточный подход к обнаружению токсичных веществ или других факторов, влияющих на гидробионтов в водах Байкала", — подводит итог один из основных участников проекта Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор НИИ биологии ИГУ.