งานวิจัยใหม่ซึ่งอิงจากการเดินทางไปยังน่านน้ำน้ำแข็งนอกเกาะกรีนแลนด์เผยให้เห็นระดับโปรตีนต้านการแข็งตัวที่พุ่งสูงขึ้นในสายพันธุ์ของปลาหอยทากตัวเล็ก ๆ ซึ่งเป็นรากฐานสำคัญของการปรับตัวที่ไม่เหมือนใครนี้ให้เข้ากับชีวิตในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าศูนย์
การศึกษาที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์ที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอเมริกันและมหาวิทยาลัยแห่งนิวยอร์ก (CUNY) และตีพิมพ์ในวารสาร Evolutionary Bioinformatics ในวัน นี้ ยังเตือนด้วยว่าอุณหภูมิของมหาสมุทรที่ร้อนขึ้นในอาร์กติกอาจเป็นภัยคุกคามต่อผู้เชี่ยวชาญเหล่านี้ ปลา
David Gruber, a กล่าวว่า “คล้ายกับวิธีที่สารป้องกันการแข็งตัวในรถของคุณช่วยให้น้ำในหม้อน้ำของคุณไม่กลายเป็นน้ำแข็งในอุณหภูมิที่เย็นจัด สัตว์บางชนิดได้พัฒนากลไกที่น่าทึ่งที่ป้องกันไม่ให้พวกมันกลายเป็นน้ำแข็ง เช่น โปรตีนต้านการแข็งตัว ซึ่งป้องกันไม่ให้เกิดผลึกน้ำแข็ง” David Gruber, a กล่าว ผู้ร่วมวิจัยที่พิพิธภัณฑ์และศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาที่มีชื่อเสียงที่วิทยาลัย Baruch ของ CUNY “เรารู้อยู่แล้วว่าหอยทากตัวเล็ก ๆ ตัวนี้ ซึ่งอาศัยอยู่ในน่านน้ำที่เย็นจัด ได้ผลิตโปรตีนต้านการแข็งตัว แต่เราไม่รู้ด้วยซ้ำว่าโปรตีนเหล่านี้เต็มไปด้วยโปรตีนมากแค่ไหน และความพยายามในการสร้างโปรตีนเหล่านี้ก็มากเพียงใด ”
น้ำทะเลที่เย็นเฉียบของมหาสมุทรขั้วโลกเป็นสภาพแวดล้อมที่รุนแรงสำหรับสัตว์ทะเล โดยจำกัดให้อยู่อาศัยเฉพาะผู้ที่มีกลไกในการรับมือกับอุณหภูมิที่เย็นจัด ต่างจากสัตว์เลื้อยคลานและแมลงบางชนิด ปลาไม่สามารถอยู่รอดได้แม้กระทั่งการแช่แข็งบางส่วนของของเหลวในร่างกาย ดังนั้นพวกมันจึงต้องพึ่งพาโปรตีนต้านการแข็งตัว ซึ่งทำขึ้นในตับเป็นหลัก เพื่อป้องกันการก่อตัวของเม็ดน้ำแข็งขนาดใหญ่ภายในเซลล์และของเหลวในร่างกาย ความสามารถของปลาในการสร้างโปรตีนพิเศษเหล่านี้ถูกค้นพบเมื่อเกือบ 50 ปีที่แล้ว และนักวิทยาศาสตร์ได้พิจารณาตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาว่าโปรตีนต้านการแข็งตัวนั้นทำมาจากยีนห้าตระกูลที่แตกต่างกัน
Gruber และผู้เขียนร่วม John Sparks ภัณฑารักษ์ใน Department of Ichthyology ของพิพิธภัณฑ์ ตัดสินใจตรวจสอบโปรตีนต้านการแข็งตัวของปลาหอยทากหลากสี Liparis gibbusหลังจากพบกับความสามารถพิเศษที่แยกจากกันของปลาตัวเล็ก—เรืองแสงทางชีวภาพ ในปี 2019 เป็นส่วนหนึ่งของคอนสแตนติน S. Niarchos Expedition, Sparks และ Gruber กำลังสำรวจแหล่งที่อยู่อาศัยของภูเขาน้ำแข็งนอกชายฝั่งกรีนแลนด์ตะวันออก เมื่อพวกเขาพบปลาหอยทากหลากสีเรืองแสงสีเขียวและสีแดง การเรืองแสงทางชีวภาพ ความสามารถในการเปลี่ยนแสงสีน้ำเงินเป็นแสงสีเขียว สีแดง หรือสีเหลืองนั้นหาได้ยากในหมู่ปลาอาร์กติก ซึ่งมีความมืดเป็นเวลานาน และปลาสทาก ยังคงเป็นปลาขั้วโลกเพียงชนิดเดียวที่รายงานการเรืองแสงทางชีวภาพ
จากการตรวจสอบคุณสมบัติเรืองแสงทางชีวภาพของหอยทากเพิ่มเติม นักวิจัยพบว่ายีนสองประเภทที่แตกต่างกันเข้ารหัสโปรตีนสารป้องกันการแข็งตัว ยีนของหอยทากมีระดับการแสดงออกของโปรตีนป้องกันการแข็งตัวสูงสุดเท่าที่เคยพบเห็น โดยเน้นย้ำถึงความสำคัญของพวกมันต่อการอยู่รอดของสัตว์เหล่านี้ และส่งธงสีแดงเกี่ยวกับวิธีที่พวกมันอาจมีขึ้นในสภาวะแวดล้อมที่ร้อนขึ้น
“ตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 20 อุณหภูมิในแถบอาร์กติกได้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็นสองเท่าในละติจูดกลาง และการศึกษาบางชิ้นคาดการณ์ว่าหากน้ำแข็งในทะเลอาร์กติกลดลงอย่างต่อเนื่องในอัตราปัจจุบันนี้ ในฤดูร้อน มหาสมุทรอาร์คติกจะปราศจากน้ำแข็งเป็นส่วนใหญ่ ภายในสามทศวรรษข้างหน้า” สปาร์กส์กล่าว “ทะเลอาร์คติกไม่สนับสนุนความหลากหลายของสายพันธุ์ปลา และการศึกษาของเราตั้งสมมติฐานว่าด้วยอุณหภูมิของมหาสมุทรที่ร้อนขึ้นเรื่อย ๆ ผู้เชี่ยวชาญด้านการอยู่อาศัยที่เป็นน้ำแข็ง เช่น หอยทากนี้อาจต้องเผชิญกับการแข่งขันที่เพิ่มขึ้นโดยสายพันธุ์ที่มีอุณหภูมิปานกลางซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถอยู่รอดได้ในภาคเหนือที่สูงขึ้น ละติจูด”
ผู้เขียนคนอื่นในการศึกษานี้ ได้แก่ John Burns, American Museum of Natural History และ Bigelow Laboratory for Ocean Sciences; ฌอง แกฟฟ์นีย์ CUNY; และ Mercer Brugler พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอเมริกัน และ University of South Carolina Beaufort
งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนอย่างไม่เห็นแก่ตัวจากมูลนิธิ Stavros Niarchos ผ่านการมอบทุน AMNH Constantine S. Niarchos Expedition
วิดีโอเกี่ยวกับการสำรวจ Constantine S. Niarchos ประจำปี 2019 ที่ส่งผลให้เกิดการค้นพบเหล่านี้ สามารถดูได้ ที่นี่
