АҚШ пен Швецияның биологтары қанатсыз Chionea alexandriana шыбынының геномын толықтай зерттеп, бұл жәндіктің минус температураларда да белсенділігін сақтай алатынын анықтады. Зерттеу нәтижесінде, бұл жәндік суықтан ішкі жылу түзу, антифриз ақуыздарын синтездеу және жүйке жүйесінің тотығу стрессіне сезімталдығының төмендеуі арқылы қорғана алатыны белгілі болды. Осындай бейімделулердің арқасында шыбын қар үстінде минус жеті градус Цельсийге дейінгі температурада қозғала алады.

Жәндіктердің қысқы бейімделу ерекшеліктері

Салқынқанды (пойкилотермді) жәндіктер әдетте қоршаған ортаның температурасына тәуелді. Қыста тірі қалу үшін олар, әдетте, пассивті стратегияларды қолданады: топыраққа тығылып, ұйқыға кетеді немесе криопротекторлар жинап, қатып, биохимиялық процестерін тоқтатады.

Алайда Chionea alexandriana қар шыбындары бұл ережені бұзады. Қыста олар қар бетіне шығып, нөлден төмен температурада да белсенді болып қала береді. Жақында ғана бұл ұсақ жәндіктердің қозғалысын сақтап, ішкі сұйықтықтарының кристалдануын болдырмауға мүмкіндік беретін молекулалық механизмдер белгісіз еді.

Геномдық талдау және физиологиялық тәжірибелер

Зерттеу барысында Chionea alexandriana-ның толық геномы секвенирленіп, оның ДНҚ-сы басқа жәндіктермен, соның ішінде антарктикалық Belgica antarctica масасымен және кәдімгі дрозофиламен салыстырылды. Сондай-ақ шыбындардың өздігінен жылу түзу қабілеті тексерілді. Ол үшін жәндіктер Пельтье пластинасына бекітіліп, кеудесіне микротермопарлар енгізіліп, беті минус сегіз градусқа дейін күрт салқындатылды. Бақылау ретінде өлген шыбындар мен сондай көлемдегі шегірткелер қолданылды.

Сонымен қатар, қар шыбынының гендерінің жұмысы модельдік организмдерде тексерілді. Табылған гендердің бірі, антифриз ақуызы CaAFP-1 кодтайтын ген дрозофила ДНҚ-сына енгізілді, содан кейін дернәсілдер минус 10 градуста үш минутқа мұздатылды. Басқа тәжірибеде TRPA1 рецепторымен жасуша культурасы өсіріліп, ол жәндіктерде химиялық тітіркендіргіштер мен ауырсынуды қабылдауға жауап береді, әрі суықтағы жасушалық стресстің негізгі жанама өнімі — сутегі асқын тотығына реакциясы өлшенді.

Суыққа төзімділіктің молекулалық және физиологиялық механизмдері

Геномдық талдау майларды митохондрия мен пероксисомаларда ыдыратуға жауап беретін гендер отбасыларының кеңейгенін көрсетті. Физиологиялық тәжірибелерде күрт салқындатқанда тірі шыбындар дене ішіндегі температураны шамамен бір градусқа көтеріп, оны бірнеше минут ұстап тұратыны анықталды. Шегірткелерде мұндай қабілет жоқ, олар пластинамен бірге суиды.

Зерттеушілер шыбындар май қорларын «бос жүрістегі» митохондрия жұмысы арқылы жағып, жылу өндіретінін анықтады. Тіпті аз ғана жылу жәндікке ішкі мұзданудан сақтанып, ауа райы күрт нашарлағанда қар астына тығылуға мүмкіндік береді.

Шыбынды мұз кристалдануынан төрт түрлі антифриз ақуыздары қорғайды. CaAFP-1 генін дрозофилаға енгізу дернәсілдердің теріс температурада тірі қалуын 12,3%-дан 55,9%-ға дейін арттырды.

Тотығу стрессінен қорғаныс

Chionea alexandriana суықтың қауіпті жанама әсерлеріне де бейімделген. Митохондрияның қарқынды жұмысы көп мөлшерде бос радикалдар (сутегі асқын тотығы) түзілуіне әкеледі. Кәдімгі жәндіктерде бұл молекулалар TRPA1 рецепторын белсендіріп, ауырсыну сезімін тудырады. Өлшеулер қар шыбынының ауырсыну рецепторы дрозофилаға қарағанда сутегі асқын тотығына 35 есе аз сезімтал екенін көрсетті.

Организмнің кешенді қайта құрылуы

Экстремалды суықта тірі қалу молекулалық деңгейде үйлесімді өзгерістерді талап етеді. Қар шыбындары микроскопиялық жәндіктердің әрдайым пассивті қыстауға сүйенбейтінін көрсетеді. Олар метаболикалық жылу түзу, мұзданудан химиялық қорғаныс және сенсорлық жүйелердің терең қайта құрылуын біріктіре отырып, суыққа белсенді қарсы тұрады.