Wydra pływa pod wodą Detroit, Michigan Zoo (Ellen Meiselman via Flickr/Creative Commons)
Specjalne właściwości białka wiążącego tlen w mięśniach ssaków morskich, takich jak foki, wieloryby i delfiny, są powodem, dla którego zwierzęta te mogą wstrzymać oddech pod wodą na długie okresy czasu, zgodnie z nowym badaniem.
Wielu z tych ssaków nurków może wstrzymać oddech pod wodą przez ponad godzinę, podczas gdy ssaki lądowe, takie jak ludzie, mogą to zrobić najwyżej na kilka minut.
Naukowcy z Uniwersytetu w Liverpoolu, którzy prowadzili badania, byli w stanie zidentyfikować unikalną cechę molekularną mioglobiny, białka wiążącego żelazo i tlen, występującego u wielorybów i innych ssaków nurkujących. Do tego odkrycia, bardzo niewiele było wiadomo o tym, jak cząsteczka jest dostosowana w nurkujących ssaków morskich.
Badacze, we współpracy z University of Manitoba i University of Alaska, znaleźli wysokie stężenie mioglobiny, substancji, która sprawia, że mięso wygląda na czerwone, w mięśniach nurków ssaków. W rzeczywistości ilość była tak wysoka w mięśniach, że prawie wyglądały na czarne w kolorze.
Monachus schauinslandi (Hawaiian Monk Seal) pod wodą w Five Fathom Pinnacle, Hawaje. (Kent Backman via Wikimedia Commons)
To odkrycie pozwoliło naukowcom prześledzić ewolucję tego, jak mięśnie ponad 100 gatunków ssaków, w tym kopalne szczątki ich starożytnych poprzedników, były w stanie magazynować tlen.
„Badaliśmy ładunek elektryczny na powierzchni mioglobiny i stwierdziliśmy, że wzrósł on u ssaków, które mogą nurkować pod wodą przez długie okresy czasu”, powiedział dr Michael Berenbrink, z Uniwersytetu w Liverpoolu, który kierował międzynarodowym zespołem naukowców. „Byliśmy zaskoczeni, gdy zobaczyliśmy tę samą sygnaturę molekularną u wielorybów i fok, ale także u półwodnych bobrów, piżmaków, a nawet ryjówek wodnych.”
Mapowanie unikalnej sygnatury molekularnej mioglobiny w całym drzewie genealogicznym ssaków pozwoliło naukowcom odtworzyć zapasy tlenu w mięśniach znalezione u wymarłych przodków dzisiejszych nurkujących ssaków. Zespół był w stanie znaleźć pierwsze dowody na istnienie wspólnego amfibijnego przodka współczesnych krów morskich, hrabiów i słoni, który żył 65 milionów lat temu w płytkich wodach afrykańskich.
Podczas gdy ssaki morskie, takie jak foki, delfiny i wieloryby, mogą pozostawać pod wodą przez długie okresy czasu, ludzie mogą to robić tylko przez około minutę lub dłużej. (gadgetboy32 via Flickr/Creative Commons)
„Nasze badanie sugeruje, że zwiększony ładunek elektryczny mioglobiny u ssaków, które mają wysokie stężenie tego białka, powoduje elektroodpychanie, jak podobne bieguny dwóch magnesów” – powiedział dr Scott Mirceta, członek zespołu badawczego. „To powinno zapobiec sklejaniu się białek i umożliwić znacznie wyższe stężenia mioglobiny przechowującej tlen w mięśniach tych nurków.”
Badania naukowców mogą zapewnić wgląd w szereg ludzkich chorób, takich jak Alzheimer i cukrzyca, jednocześnie pomagając w rozwoju sztucznych substytutów krwi.
„To odkrycie ilustruje siłę łączenia molekularnych, fizjologicznych i ewolucyjnych podejść do problemów biologicznych i po raz pierwszy pozwala nam położyć 'ciało’ na kości tych dawno wymarłych nurków”, powiedział Berenbrink.
Zobacz film na temat tego odkrycia (University of Liverpool/BBSRC)
.