Рыбы обзавелись жабрами, чтобы выжить в кислотных океанах
В ходе нового исследования эволюционные биологи выдвинули гипотезу о том, что древние рыбы обзавелись жабрами вовсе не для того, чтобы поглощать больше кислорода из воды, а чтобы сбалансировать уровень рН окислившегося океана.
Статья, опубликованная в журнале Scientific Reports, имеет большое значение для современной биологии, поскольку Мировой океан продолжает окисляться.
Миксины используют жабры для регуляции кислотности собственного тела
(фото Alex Clifford).
"Мы привыкли проводить параллель между жабрами рыб и лёгкими человека. Принято было считать, что жабры появились у морских обитателей, чтобы те могли поглощать больше кислорода из воды", — рассказывает ведущий автор нового исследования доктор Джоди Руммер (Jodie Rummer), ихтиолог из Университета Джеймса Кука в Таунсвилле, США.
В соответствии с этой так называемой "кислородной гипотезой", по мере того как морские обитатели становились крупнее и подвижнее, им требовалось всё больше кислорода для поддержания высокого уровня метаболизма. И если медлительные рыбы могли поглощать кислород для дыхания через свою тонкую кожу, то более активные рыбы, которые также обладали толстой шкурой, нуждались в более эффективных способах получения кислорода.
Многочисленные жаберные складки — идеальный инструмент для дыхания под водой. Они занимают большую площадь на теле рыбы и позволяют внушительному количеству кислорода попадать в кровоток.
Однако новое исследование, проведённое доктором Руммер и её коллегами, опровергает общепринятую "кислородную гипотезу". Учёные выбрали в качестве объекта своего исследования миксин — морских животных, которые эволюционно ближе всех к общим предкам древних рыб.
Миксины являются мусорщиками, перерабатывающими отходы океана. Они обитают на дне, ведут малоподвижный образ жизни и проявляют наибольшую активность, когда перемалывают зубами разлагающиеся тела умерших животных. Учитывая форму тела миксин, их тип кожи и низкий уровень метаболизма, логично предположить, что им вполне хватало бы для жизни того кислорода, который они поглощают через кожу.
Современные исследования показывают, что миксины получают через кожу от 80 до 90% необходимого кислорода. Однако эти животные обладают жабрами, и учёные решили выяснить, зачем в таком случае они им понадобились.
Руммер и коллеги решили провести эксперимент, поместив подопытных миксин в очень кислую среду. В результате исследователи обнаружили, что главная роль жаберных складок — это регуляция кислотности тела при нахождении в среде с очень низким водородным показателем. Оказалось, что обладающие жабрами миксины способны выдерживать более высокую кислотность, чем любые ныне живущие обитатели океана.
Исследователи собрали миксин с западного побережья острова Ванкувер в Канаде и подвергли их воздействию различных уровней кислотности (путём откачки подкисляющего агента CO2 из воды). Также учёные собрали образцы крови и тканей в различные моменты времени, чтобы понять, как изменялась биохимия тел животных.
В ходе предыдущих исследований учёные демонстрировали, что многие рыбы поведенчески и физиологически меняются при воздействии кислой среды того уровня, которая ожидает Мировой океан к 2100 году. Однако новый эксперимент показал, что миксины спокойно выдерживают и кислотность, в 50-60 раз превышающую этот показатель.
pН крови животных изначально снизился на 1,2 единицы, но затем спустя всего несколько часов их тело восстановило водородный показатель путём привлечения ионов бикарбоната из окружающей среды через жабры.
В связи с полученными результатами ихтиологи пришли к выводу, что именно миксины лучше всего справляются с повышенной кислотностью океана. Это может привести к разрастанию их популяции в будущем и нарушению баланса биоразнообразия, предупреждают учёные.
