Frostschutzblut hilft Fischen, die als Notothenioide bezeichnet werden, in eisigen Gewässern der Antarktis zu überleben. Der Nachteil ist, dass die Eiskristalle in ihrem Blut nicht schmelzen, wenn sich die Temperaturen erwärmen.
Bildnachweis: Paul A. Cziko über die University of Oregon
Proteine binden sich schnell an Eiskristalle, die in den Körper antarktischer notothenioider Fische eindringen und das Eis angreifen. Die Proteine bleiben jedoch hängen und verhindern später, dass die Eiskristalle in wärmeren Sommergewässern schmelzen, sagte Paul Cziko, Doktorand am Institut für Ökologie und Evolution der Universität von Oregon. Cziko sagte:
Wir entdeckten, was als unerwünschte Folge der Entwicklung von Frostschutzproteinen bei antarktischen notothenioiden Fischen erscheint. Wir haben festgestellt, dass die Frostschutzproteine auch das Schmelzen innerer Eiskristalle verhindern. Das heißt, sie sind auch Antischmelzproteine.
Bildnachweis: Paul A. Cziko über die University of Oregon
Die Forscher fanden heraus, dass beim Erwärmen der Fische auf Temperaturen über dem erwarteten Schmelzpunkt etwas Eis in ihren Körpern zurückblieb. Eis, das unter solchen Bedingungen nicht schmilzt, wird als überhitzt definiert.
Als nächstes testeten sie wilde Fische in der Antarktis, als sich das normalerweise gefrorene Meerwasser im Sommer etwas erwärmt hatte, und stellten fest, dass auch in diesen Fischen Eis zurückblieb.
Im Labor testete das Team die Frostschutzproteine und stellte fest, dass diese essentiellen Proteine paradoxerweise auch für diesen Überhitzungseffekt verantwortlich sind.
Mitautorin Chi-Hing „Christina“ Cheng ist Professorin für Tierbiologie an der Universität von Illinois. Sie sagte:
Unsere Entdeckung könnte das erste Beispiel für die Überhitzung von Eis in der Natur sein.
In diesem Fall schmilzt das Eis in diesen Fischen nicht bei Temperaturen von mindestens 1 ° C über dem erwarteten Schmelzpunkt.
Eisige Milz
Um zu sehen, ob das interne Eis der Fische jemals schmelzen könnte, platzierte Cziko mit Hilfe anderer Taucher Temperaturmesser in einem eisigen Fischlebensraum in einer der südlichsten und kältesten Meeresumgebungen der Welt - McMurdo Sound, Antarktis.
Bildnachweis: Paul A. Cziko über die University of Oregon
Der beispiellose Wassertemperaturrekord von 11 Jahren am Standort entspricht der Hälfte oder der gesamten Lebensdauer der in der Studie verwendeten Fischarten.
Während dieses Zeitraums variierten die Wassertemperaturen um etwas mehr als 3 F und erreichten nie Temperaturen, die die Frostschutzprotein-induzierte Eisüberhitzung überwinden würden, um das Eis im Inneren der Fische vollständig zu beseitigen.
Die Forscher vermuten, dass die daraus resultierende Ansammlung von Eis im Fisch nachteilige physiologische Folgen hat. Aber vorerst wissen sie nicht, was sie sein könnten.
Wenn die Fische ihr ganzes Leben lang Eiskristalle tragen sollen, sei es denkbar, dass Eispartikel kleine Kapillaren verstopfen oder unerwünschte Entzündungsreaktionen auslösen könnten. Cziko vergleicht die potenzielle Bedrohung für Gefahren, die von Asbest in der Lunge oder Blutgerinnseln im Gehirn ausgehen. Er sagte:
Da sich ein Großteil des Eises in der Milz der Fische ansammelt, könnte es einen Mechanismus geben, um das Eis aus dem Kreislauf zu entfernen.
Dies ist nur ein weiterer Teil des Puzzles, wie Notothenioide den Ozean um die Antarktis beherrschten. „Es sagt uns auch etwas über die Evolution. Das heißt, Anpassung ist eine Geschichte von Kompromissen und Kompromissen. Jede gute evolutionäre Innovation hat wahrscheinlich einige schlechte, unbeabsichtigte Auswirkungen.
Clive W. Evans von der University of Auckland in Neuseeland und Arthur DeVries, emeritierter Professor für Tierbiologie an der University of Illinois in Urbana-Champaign, sind Mitautoren des neuen Papers im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften. Die Abteilung für Polarprogramme der National Science Foundation unterstützte die Forschung.