Как умирают в теплой воде
Глобальные изменения климата уже сегодня подрывают основы крупных экосистем и приводят к гибели целых видов животных и растений. Особенно уязвимыми в условиях изменения климата оказываются пойкилотермные организмы, температура которых зависит от температуры окружающей среды.
Весь их жизненный цикл, образ жизни и функционирование определяются главным образом температурным фактором среды обитания. К таким животным относятся и морские беспозвоночные, в частности, морские звезды, с массовым вымиранием которых пытаются бороться океанологи из лаборатории Фрайдей-Харбор Вашингтонского университета (Сиэтл). Американские ученые запустили программу воспроизводства и реинтродукции морской звезды «подсолнух», самой крупной и быстро передвигающейся морской звезды, ранее обитавшей вдоль всего североамериканского тихоокеанского побережья, ныне оказавшейся на грани вымирания из-за резкого потепления морской воды. В своей лаборатории океанологи пытаются как раз приспособить морские звезды к жизни в более теплой воде. Как морские беспозвоночные реагируют на аномальные изменения температурных условий и от чего именно они гибнут?
Особенности клеточных мембран
Причину следует искать на молекулярном, а точнее, на надмолекулярном уровне организации и функционирования клеточных мембран. Ни один жизненно важный процесс, протекающий на клеточном уровне, не обходится без прямого или косвенного участия мембран, а значит, от их функционирования во многом зависит работа всего организма в целом. Ключевую роль при взаимодействии клетки с другой клеткой или окружающей средой играет липидный матрикс мембраны, непосредственно взаимодействующий с внешним миром. Липиды мембран — это биологические мезогены, то есть вещества, которые при определенных условиях самоорганизовываются в жидкокристаллическую надмолекулярную структуру. Благодаря своей амфифильной структуре (гидрофильная «головка», несущая, как правило, два гидрофобных остатка жирных кислот) липиды мембран реорганизуются в водной среде, образуя бислойный ансамбль. Состав жирных кислот липидов, образующих мембранный бислой, для большинства таксонов морских беспозвоночных — генетически закрепленная характеристика.
Внутри липидного бислоя жирнокислотные «хвосты» двух соседствующих монослоев обращены друг к другу: будучи гидрофобами, они избегают контакта с водой. А полярные, гидрофильные «головки», наоборот, охотно взаимодействуют с водой на поверхности бислоя. В результате формируется надмолекулярная кооперативная система («один за всех и все за одного»), работающая по принципу «все или ничего», что особенно четко проявляется при изменении температуры.
На уровне клетки липидный бислой мембраны выполняет функцию термосенсора: при изменениях температуры внешней среды он запускает механизм обратной связи, регулирующий степень вязкости мембранных липидов. Этот жизненно важный для эктотермных организмов механизм называется гомеовязкостной адаптацией. Благодаря ему мембрана может приспосабливаться к температурным колебаниям — и клетка продолжает функционировать. Таким образом, эффективность термоадаптации эктотермных организмов, их выживаемость при изменениях температуры определяются главным образом адаптационными процессами в липидах мембран.