栉水母不会屈服于深海生物的极端压力

栉水母不会屈服于深海生物的极端压力

地球海洋的底部可能就像是另一个星球。那里的温度极低,几乎没有阳光,而来自上方海水的压力足以将人压垮,就像压垮一罐汽水一样。一些物种,包括一些章鱼、鱿鱼和栉水母(又名栉水母)仍然能够在这个现实生活中的暮光区生存。6 月 27 日发表在《科学》杂志上的一项研究发现,栉水母的细胞膜已经形成了一种独特的结构,使它们能够在如此巨大的压力下生存。

栉水母和细胞膜

虽然栉水母看起来很像水母,但它们并不是近亲。它们属于栉水母门,而水母属于刺胞动物门。栉水母分布在世界各地不同深度的海洋中,它们有成排的小梳状板,用于在水中移动。它们主要以其他栉水母和小型海洋无脊椎动物(如海瓶藻和管水母)为食。

在这项研究中,来自美国各地的科学家团队从细胞膜中寻找线索,以了解这些古怪的无脊椎动物如何适应环境。细胞膜有厚厚的脂质和蛋白质层,它们必须保持某些特性才能正常工作。多年来,科学家们已经知道,一些生物已经改变了脂质,以在极寒天气下保持流动性——这一过程被称为同种黏度适应。目前尚不清楚的是,生活在深海的生物如何适应强烈的压力,或者对寒冷的适应是否与对压力的适应相同。

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这项研究的合著者、加州大学圣地亚哥分校的生物化学家 Itay Budin 正在研究大肠杆菌的自粘性适应能力,当时合著者、蒙特利湾水族馆研究所 (MBARI) 的 Steven Haddock 提出了一个问题。栉水母是否具有相同的自粘性适应能力来补偿极端压力?

关注脂质

这些对寒冷的适应通常归结于脂质或脂肪。生物体越复杂,脂质的种类就越多。例如,人类细胞有数千种不同的类型。心脏的脂质与肺的脂质不同,肺的脂质与皮肤中的脂质不同。这些脂质也有不同的形状,从圆柱形到圆锥形。

为了确定压力和寒冷适应是否相同,研究小组需要在实验中控制温度变量。研究合著者、MBARI 和加州大学圣地亚哥分校生物化学家 Jacob Winnikoff 分析了从北半球各地收集的栉水母。其中包括一些生活在加州海底的栉水母,那里的温度很低,水压很高。他们还观察了一些来自北冰洋表面的栉水母,那里的温度很低,但压力没有那么高。

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“事实证明,栉水母已经进化出独特的脂质结构来补偿高压,这种结构与补偿极寒的脂质结构不同,”布丁在一份声明中说。“以至于压力实际上是将它们的细胞膜结合在一起的原因。”

他们将这种适应性称为“同质曲率”,因为脂质的曲线形状已经适应了栉水母独特的深海栖息地。在这里,它们的锥形脂质已经进化成更夸张的锥形。海洋的强大压力抵消了这种夸张,因此这使得脂质形状更正常,但只有在如此极端的压力下才会如此。当深海栉水母浮出水面时,夸张的圆锥形状就会恢复。然后膜会完全裂开,动物就会解体。

研究发现,这些呈夸张锥形的分子是一种名为缩醛磷脂的磷脂,人类大脑中含量丰富。缩醛磷脂减少通常伴随大脑功能衰退,甚至引发阿尔茨海默病等神经退行性疾病。

“我们选择研究栉水母的原因之一是它们的脂质代谢与人类相似,”布丁说。“虽然我对发现缩醛磷脂并不感到惊讶,但令我震惊的是,它们占深海栉水母脂质含量的四分之三。”

回到细菌

为了进一步验证这一点,研究小组研究了大肠杆菌。他们在高压室中对细菌进行了两次实验。一次实验使用未改变的细菌,第二次实验使用经过生物工程改造以合成缩醛磷脂的细菌。未知的大肠杆菌死亡,但含有缩醛磷脂的大肠杆菌菌株却茁壮成长。

布丁希望这一发现能引发更多关于缩醛磷脂在大脑健康和疾病中的作用的研究。

“我认为这项研究表明缩醛磷脂具有非常独特的生物物理特性,”布丁说。“那么现在的问题是,这些特性对我们自身细胞的功能有何重要性?我认为这是一条值得注意的信息。”

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