Кардиолог, писатель, гуманист. Руководствуюсь принципом: "Научный подход к познанию материального, творческий - к познанию души".

Сага о ледяной рыбе, или Возможна ли жизнь без гемоглобина?

Зачастую под эволюцией мы подразумеваем прогресс, т. е. направленное развитие, ведущее к усложнению системы. Но это не совсем так. Эволюция – это, прежде всего, адаптация к условиям среды, имеющая одну единственную цель – выживание особи и получение жизнеспособного потомства. И в ходе этой адаптации можно потерять сложные качества, выработанные организмом ранее. В качестве примера я хочу привести этот короткий очерк о ледяной рыбе, которая сделала, казалось бы, невозможное – научилась жить в условиях на грани температуры замерзания воды (-1,9°C) и на глубине 600-800 м. Напомню, что морская соленая вода замерзает при температуре -1,8°C.

Как ей это удалось? Давайте разбираться.

Сага о ледяной рыбе, или Возможна ли жизнь без гемоглобина?

Белокровные рыбы относятся к морским окунеобразным рыбам, обитающим в антарктических водах. У них много общих черт, но самым наглядным и самым приспособленным представителем является Champsocephalus gunnari или обыкновенная ледяная рыба. В англ. – "icefish", очень интересно по-французски – "poisson des glaces antarctique" или "рыба антарктических льдов". Вид стал активно изучаться с 50-х гг. XX века норвежскими учёными. Йохан Рууд в 1954 г. при изучении крови этих рыб обнаружил полное отсутствие в ней эритроцитов, из-за чего она казалась прозрачной. Более того, в мышцах ледяной рыбы отсутствует и миоглобин, из-за чего они совсем бледного цвета.

Здесь я вынужден немного рассказать об этих важных белках...

Немного из биохимии

Кислород малорастворим в воде и в плазме крови. В крови преимущественно транспортируется в виде связи с гемоглобином (образуется оксигемоглобин, HbO2). Процент физического растворения газа, напротив, очень мал. Сродство гемоглобина к кислороду очень тесно связано с температурой, кислотностью, содержанием углекислого газа (уменьшается при повышении этих параметров).

Гемоглобин (Hb) - белок, участвующий в переносе молекул кислорода от органов дыхания к тканям организма. У позвоночных животных содержится в эритроцитах (красных кровяных тельцах). Состоит из непосредственно белковой части и комплекса протопорфирина IX с атомом двухвалентного железа (гем). Протопорфирин IX образуется из порфиринов, которые являются пигментами, придают характерный цвет. Например, порфирины хлорофиллы придают зелёную окраску растениям, а гемоглобины или миоглобины - красную окраску эритроцитам и, соответственно, всей крови, а также мышцам. 1 молекула гемоглобина может связать 4 молекулы кислорода, а 1 грамм гемоглобина транспортирует 1,34 мл кислорода.

Структура гема
Структура гема

Миоглобин – белок скелетных мышц и мышцы сердца. Основная функция - запасание и передача кислорода окислительным системам клетки (митохондрии) для получения энергии. Очень большое содержание этого белка в мышцах морских млекопитающих (киты, тюлени, дельфины), из-за чего их мясо имеет насыщенный, темно-красный оттенок.


Вернёмся к нашей теме. Что могло сподвигнуть древних ледяных рыб отказаться от генов, кодирующих эти белки? Только изменение среды.

В конце палеоцена, ок. 55 млн. лет назад, температура воды Южного океана упала с +20°C до -1°C. Антарктида была окружена океанами, но изменение морских течений привело к тому, что её воды перестали перемешиваться с водами других областей. Многие виды рыб вымерли. Те, кто сумел приспособиться, стали доминирующими в этой среде. Сами ледяные рыбы, кстати, появились ок. 8 млн. лет назад.

У большинства антарктических рыб гематокрит (доля содержания эритроцитов в объеме крови) составляет только 15-18%. У людей для сравнения ок. 45%. В крови ледяной рыбы содержится 1% клеток, и это белые кровяные тельца, эритроцитов нет вообще. В холодной воде большое содержание в крови эритроцитов увеличивало бы её вязкость, т. е. циркуляция совсем бы замедлилась. Меньше циркуляция – меньше потребление тканями кислорода, меньше энергии для поддержания процессов жизнедеятельности.

Помимо отказа от эритроцитов ледяные рыбы выработали другие адаптивные механизмы:

  1. Изобретение белков-антифризов (AFGP — antifreeze glycoprotein). Этот белок способен связываться и предотвращать рост микрокристаллов льда.
  2. Модификация сердечно-сосудистой системы. Огромное бледное сердце обеспечивает повышение ударного объема (количество крови, выбрасываемое сердцем за 1 сокращение), соответственно, и объема циркулирущей крови (примерно в 3,5 раз по сравнению с рыбами аналогичного размера), скорости кровотока.
  3. Непосредственное поглощение кислорода через расширенные капилляры кожи помимо жабр.
  4. Увеличение объема и функциональности митохондрий, "энергетических станций" клеток.

Не стоит думать, что все эти адаптации произошли мгновенно. Скорее всего, это были серии удачных экспериментов в области модификации или утраты определенных генов, которые продолжаются и в настоящее время.

Естественных врагов у ледяной рыбы практически нет, однако из-за нежного низкокалорийного мяса (8% содержание жира) она пользуется популярностью и относится к промысловым видам. Ежегодно отлавливается ок. 5 тыс. тонн.

Остаётся надеяться, что человеческая деятельность не приведёт к полному исчезновению этого уникального вида.