Почему гребневики выживают при огромном давлении

Среди самых древних из ныне живущих животных выделяются гребневики (Ctenophora). Они не настолько примитивны, как губки, у которых нет даже тканей, но все же очень просто устроены. Долгое время гребневиков вместе со стрекающими (медузами, полипами, гидрами и так далее) помещали в общую группу кишечнополостные. Однако сейчас считают, что гребневики не родственны никому из современных животных и относятся к собственной крупной ветви на древе эволюции.

Действительно, ведь эти животные имеют уникальное строение тела, плавают за счет переливающихся рядов ресничек и, похоже, приобрели нервную систему независимо от других животных.

Авторы новой статьи в лидирующем научном журнале Science описали еще одну уникальную черту гребневиков. Точнее, тех из них, что живут на большой глубине (до четырех километров) и подвергаются действию огромного давления, — в сотни раз большего, чем на поверхности суши.

Зоологи не раз замечали, что пойманные гребневики буквально «растворяются», бесследно исчезают при их подъеме на поверхность или даже на борт батискафа. Полагали, что виной тому — слишком высокая температура, но даже в холодильнике животные продолжали пропадать.

Выходит, что дело в огромном давлении, к которому приспособлены жители глубин. Авторы исследования решили разобраться, какие именно адаптации на молекулярном уровне приобрели такие гребневики. Они предположили, что в этом замешаны липидные мембраны клеток, — тонкие структуры на основе жироподобных веществ, по которым «плавают» белки. Известно, что мембранные структуры чувствительны к давлению и температуре и при их изменении приобретают другие свойства и даже переходят в другое фазовое состояние.

Изменение структуры мембран гребневиков при увеличении и уменьшении давления / © Jacob Winnikoff et al., 2024, Science.org

Исследователи наловили множество разных гребневиков — как глубоководных, например представителей рода Bathocyroe, так и живущих у поверхности в теплых или холодных водах. Из животных извлекли липиды и собрали в искусственные мембраны, после чего описали их поведение при разном давлении.

Оказалось, что гребневики-глубоководники имеют в пять раз больше фосфолипидов особого типа — плазмалогенов, включая молекулы PPE. Обычно липиды имеют цилиндрическую форму, но молекулы PPE — конические, то есть шире на одном конце и уже на другом.

В нормальных условиях — привычных нам температуре и давлении — такие липиды образовали бы мембраны с отрицательной кривизной. Иначе говоря, не плоские, а вогнутые, с поверхностью наподобие седла. Такие мембраны не могут нормально выполнять свои функции — именно поэтому гребневики растворялись на глазах у биологов. Между тем на большой глубине и при давлении порядка 400 атмосфер мембраны, богатые плазмалогенами, не «замерзают» и не теряют свои функции, а продолжают нормально работать. Выходит, именно липидный состав объясняет успешное выживание этих простых и мягкотелых существ на огромной глубине.

Ученые проверили свою гипотезу в эксперименте на кишечной палочке E. coli. Бактерии модифицировали, введя в мембраны побольше PPE, что позволило им выживать под очень высоким давлением в лабораторных условиях.

Не исключено, что подобный состав липидных мембран можно обнаружить и у других животных из глубокой части океана — бокоплавов, липаровых рыб и так далее. Кроме того, уникальные свойства «конических» липидов вполне могут найти применение в биотехнологии и медицине.