Una lontra nuota sott’acqua al Detroit, Michigan Zoo (Ellen Meiselman via Flickr/Creative Commons)
Proprietà speciali di una proteina che lega l’ossigeno nei muscoli dei mammiferi marini, come foche, balene e delfini, sono la ragione per cui questi animali possono trattenere il respiro sott’acqua per lunghi periodi di tempo, secondo un nuovo studio.
Molti di questi mammiferi subacquei possono trattenere il respiro sott’acqua per più di un’ora, mentre i mammiferi terrestri, come gli esseri umani, possono farlo solo per pochi minuti al massimo.
Gli scienziati dell’Università di Liverpool, che hanno condotto lo studio, sono stati in grado di identificare una caratteristica molecolare unica della mioglobina, una proteina che lega ferro e ossigeno che si trova nei capodogli e altri mammiferi subacquei. Fino a questa scoperta, si sapeva molto poco su come la molecola si adatta nei mammiferi marini subacquei.
I ricercatori, in collaborazione con l’Università di Manitoba e l’Università dell’Alaska, hanno trovato un’alta concentrazione di mioglobina, la sostanza che rende la carne rossa, nei muscoli dei mammiferi subacquei. Infatti, la quantità era così alta nel muscolo che sembrava quasi di colore nero.
Monachus schauinslandi (Hawaiian Monk Seal) sott’acqua a Five Fathom Pinnacle, Hawaii. (Kent Backman via Wikimedia Commons)
Questa scoperta ha permesso agli scienziati di tracciare l’evoluzione di come i muscoli di più di 100 specie di mammiferi, compresi i resti fossili dei loro antichi predecessori, erano in grado di immagazzinare ossigeno.
“Abbiamo studiato la carica elettrica sulla superficie della mioglobina e abbiamo scoperto che è aumentata nei mammiferi che possono immergersi sott’acqua per lunghi periodi di tempo”, ha detto il dottor Michael Berenbrink, dell’Università di Liverpool, che ha guidato il team internazionale di scienziati. “Siamo rimasti sorpresi quando abbiamo visto la stessa firma molecolare in balene e foche, ma anche in castori semi-acquatici, topi muschiati e persino toporagni d’acqua.”
La mappatura della firma molecolare unica della mioglobina in tutto l’albero genealogico dei mammiferi ha permesso agli scienziati di ricreare le riserve di ossigeno muscolare trovate negli antenati estinti dei mammiferi subacquei di oggi. Il team è stato quindi in grado di trovare la prima prova di un antenato anfibio comune delle moderne mucche di mare, iraci ed elefanti che viveva 65 milioni di anni fa in acque africane poco profonde.
Mentre i mammiferi marini come le foche, i delfini e le balene possono stare sott’acqua per lunghi periodi di tempo, gli esseri umani possono farlo solo per circa un minuto. (gadgetboy32 via Flickr/Creative Commons)
“Il nostro studio suggerisce che la maggiore carica elettrica della mioglobina nei mammiferi che hanno alte concentrazioni di questa proteina causa l’elettro-repulsione, come i poli simili di due magneti”, ha detto il dottor Scott Mirceta, un membro del team di ricerca. Questo dovrebbe impedire alle proteine di attaccarsi insieme e consentire concentrazioni molto più elevate di mioglobina che immagazzina ossigeno nei muscoli di questi subacquei”.”
Gli studi dei ricercatori potrebbero fornire informazioni su una serie di malattie umane come l’Alzheimer e il diabete, aiutando anche nello sviluppo di sostituti artificiali del sangue.
“Questa scoperta illustra la forza della combinazione di approcci molecolari, fisiologici ed evolutivi ai problemi biologici e, per la prima volta, ci permette di mettere ‘carne’ sulle ossa di questi subacquei estinti da tempo”, ha detto Berenbrink.
Guarda un video su questa scoperta (University of Liverpool/BBSRC)