Fische „randvoll“ mit Frostschutzprotein, gefunden in Eisberglebensräumen vor Grönland

Neue Forschungsergebnisse, die auf einer Expedition in die eisigen Gewässer vor Grönland basieren, zeigen steigende Konzentrationen von Frostschutzproteinen in einer Art winziger Schneckenfische, was die Bedeutung dieser einzigartigen Anpassung an das Leben bei Minustemperaturen begründet. Die Studie wurde von Wissenschaftlern des American Museum of Natural History und der City University of New York (CUNY) geleitet und heute in der Zeitschrift veröffentlicht Evolutionäre Bioinformatikwarnt auch davor, dass die Erwärmung der Ozeantemperaturen in der Arktis eine Bedrohung für diese hochspezialisierten Fische darstellen könnte.

„Ähnlich wie das Frostschutzmittel in Ihrem Auto das Wasser in Ihrem Kühler bei kalten Temperaturen vor dem Gefrieren bewahrt, haben einige Tiere erstaunliche Mechanismen entwickelt, die sie am Gefrieren hindern, wie z. B. Frostschutzproteine, die die Bildung von Eiskristallen verhindern“, sagte David Gruber, a wissenschaftlicher Mitarbeiter am Museum und angesehener Biologieprofessor am Baruch College der CUNY. „Wir wussten bereits, dass dieser winzige Schneckenfisch, der in extrem kalten Gewässern lebt, Frostschutzproteine ​​produziert, aber wir wussten nicht, wie voll von diesen Proteinen er ist – und wie viel Mühe er in die Herstellung dieser Proteine ​​investiert hat. „

Das eisige Wasser der Polarmeere ist eine extreme Umgebung für Meereslebewesen, die die Bewohner auf diejenigen beschränkt, die über Mechanismen verfügen, um mit Gefriertemperaturen fertig zu werden. Im Gegensatz zu einigen Reptilien- und Insektenarten können Fische nicht einmal ein teilweises Einfrieren ihrer Körperflüssigkeiten überleben, daher sind sie auf Frostschutzproteine ​​angewiesen, die hauptsächlich in der Leber hergestellt werden, um die Bildung großer Eiskörner in ihren Zellen und Körperflüssigkeiten zu verhindern. Die Fähigkeit von Fischen, diese spezialisierten Proteine ​​herzustellen, wurde vor fast 50 Jahren entdeckt, und Wissenschaftler haben seitdem festgestellt, dass Frostschutzproteine ​​aus fünf verschiedenen Genfamilien bestehen.

Gruber und Co-Autor John Sparks, Kurator in der Abteilung für Ichthyologie des Museums, beschlossen, die Frostschutzproteine ​​des jugendlichen bunten Schneckenfischs Liparis gibbus zu untersuchen, nachdem sie auf eine andere außergewöhnliche Fähigkeit des winzigen Fisches gestoßen waren – Biofluoreszenz. 2019 im Rahmen einer Constantine. S. Niarchos Expedition, Sparks und Gruber erkundeten die Lebensräume der Eisberge vor der Küste Ostgrönlands, als sie einen jungen bunten Schneckenfisch fanden, der grün und rot leuchtete. Biofluoreszenz, die Fähigkeit, blaues Licht in grünes, rotes oder gelbes Licht umzuwandeln, ist bei arktischen Fischen selten – wo es längere Dunkelheiten gibt – und der Schneckenfisch bleibt der einzige Polarfisch, von dem berichtet wird, dass er biofluoresziert.

Bei weiterer Untersuchung der biofluoreszierenden Eigenschaften von Schneckenfischen fanden die Forscher zwei verschiedene Arten von Genfamilien, die für Frostschutzproteine ​​kodieren. Die Schneckenfisch-Gene haben die höchsten Expressionsniveaus von Frostschutzproteinen, die jemals beobachtet wurden, was ihre Bedeutung für das Überleben dieser Tiere unterstreicht und ein Warnsignal darüber aussendet, wie sie sich unter wärmenden Umweltbedingungen schlagen könnten.

„Seit Mitte des 20. Jahrhunderts sind die Temperaturen in der Arktis doppelt so schnell gestiegen wie in den mittleren Breiten, und einige Studien sagen voraus, dass der Arktische Ozean im Sommer größtenteils eisfrei sein wird, wenn der Rückgang des arktischen Meereises mit dieser derzeitigen Geschwindigkeit anhält innerhalb der nächsten drei Jahrzehnte“, sagte Sparks. „Die arktischen Meere unterstützen keine große Vielfalt an Fischarten, und unsere Studie stellt die Hypothese auf, dass Eisspezialisten wie dieser Schneckenfisch bei zunehmend wärmer werdenden Meerestemperaturen einer verstärkten Konkurrenz durch gemäßigtere Arten ausgesetzt sein könnten, die zuvor in diesen höheren nördlichen Regionen nicht überleben konnten Breiten.“

Andere Autoren dieser Studie sind John Burns, American Museum of Natural History und das Bigelow Laboratory for Ocean Sciences; Jean Gaffney, CUNY; und Mercer Brugler, American Museum of Natural History und der University of South Carolina Beaufort.