Yaykuyrukları çok eskidir. İlk kez 400 milyon yıldan fazla bir süre önce ortaya çıktılar ve muhtemelen böceklerle ortak bir ataları var. Ancak o zamandan bu yana böceklerden farklı bir yönde evrimleştiler. Artık onların antifriz proteinlerini geliştiren ilk hayvan olduklarını biliyoruz. Katkıda bulunan: Philippe Garcelon / Wikimedia Commons
400 milyon yıldan daha uzun bir süre önce, bahar kuyruğu adı verilen böceğe benzer bir hayvan, hücrelerinin donmasını önleyen küçük bir protein geliştirdi.{4 }
Yerküre sıcak ve nemliydi. Deniz hayat doluydu. İlk kalamarlar, yılan balığı benzeri balıklar ve deniz solucanları daha küçük hayvanları avlıyordu. Ancak yerin üstünde hiçbir şey kıpırdamadı. Hayvanlar henüz karaya çıkmamıştı.
Yaklaşık 450 milyon yıl önce, Ordovisiyen döneminin sonunda Dünya böyle görünüyordu.
Sıcak su, yaban hayatı için mükemmel yaşam koşullarını yarattı. . Ancak bu durum yakında değişecek. Kısa bir süre sonra kara kütleleri donmaya başlayacak ve bir buz örtüsü yayılmaya başlayacaktı.
Daha önce sıcak ve yaban hayatı için uygun olan su, soğuk ve misafirperver olmayan bir hale geldi. Türler birbiri ardına yenik düştü. Kısa bir süre içinde, gezegen tarihindeki en kötü ikinci kitlesel yok oluşun bir parçası olarak tüm yaşamın yarısı yok olmuştu.
Ordovisiyen dönemindeki yaşam çok iyi görünüyordu. bugünden farklı. Toprak çorak ve yaşamdan yoksundu ama deniz kaynıyordu. Özellikle resimde görülen kalamar ve deniz anemonları baskındı. Ancak bu zamanda yay kuyrukluları da vardı. Katkıda bulunan: Fritz Geller-Grimm / Wikimedia Commons
Yaykuyrukları: Antifriz Proteinleriyle Hayatta Kalanlar
Ancak hayatta kalan hayvanlardan biri de yaykuyruktu. Soğukla savaşmak için özel bir strateji geliştirmiş, küçük, böceğe benzeyen bir hayvan. Hayvanın hücreleri, hücreyi donmaya karşı koruyabilecek proteinler üretmeye başlamıştı.
Yay kuyruğu antifriz proteinleri geliştiren ilk hayvan olabilir. Bilim insanları daha önce hayvanların bunu çok daha sonra yapmaya başladıklarına inanıyordu. Bu, Kanada’daki Aarhus Üniversitesi ve Queen’s Üniversitesi’nin araştırmalarıyla gösterilmiştir.
“Antifriz proteinlerinin evrim tarihi boyunca birkaç kez birbirlerinden bağımsız olarak geliştiğini biliyorduk. Balıklarda var. Böceklerde var. Bazı örümceklerde bunlara sahiptir. Ancak bu sonuçları görene kadar hayvanlar aleminde bu kadar erken geliştiklerini bilmiyorduk” diyor Martin Holmstrup.
Kendisi Aarhus Üniversitesi Çevre Bilimi Bölümü’nde profesör ve bilim adamlarından biri. yeni çalışmanın arkasındaki araştırmacılar.
Yaykuyruğa her yerde rastlayabilirsiniz; bahçeniz de dahil
Yaykuyruğu küçük bir hayvandır ve en büyük türdür. yalnızca altı milimetre uzunluğundadır. Önünde altı bacağı ve iki anteni vardır. İlk bakışta böceğe benziyor ama değil. Aslında evrim ağacında kendine ait bir dalı vardır.
Şu ana kadar araştırmacılar 9.000’den fazla farklı türde yay kuyruğu buldu ve bunlar, bahçeniz de dahil olmak üzere hemen hemen her yerde bulunabilir. Yay kuyrukluları genellikle toprağın üst katmanlarında veya düşen yapraklarda yaşar ve burada mikroskobik mantarlar, bakteriler ve diğer mikroorganizmalarla beslenirler.
Hayvan, adını bar gibi vücudunun altında tuttuğu çatallı kuyruğundan alır. bir mancınık. Kuyruk aynı zamanda furcula olarak da bilinir ve hayvan, bir düşman tarafından saldırıya uğradığında onu hızlı bir şekilde serbest bırakabilir ve 10 santimetreye kadar havaya sıçrayabilir; bir örümcek.
Bahar kuyrukları toprağın sağlığı açısından faydalıdır çünkü besinlerin bitkilerde yeniden dolaşımına yardımcı olurlar.
Petri kaplarındaki Minik Hayvanlar
Martin Holmstrup neredeyse Laboratuvarda 20 farklı yay kuyruklu türü. Küçük hayvanların fazla alana ihtiyacı yoktur. Tek bir cam kasede bütün bir koloninin yaşayabileceğini söylüyor.
“Onları nemli tutabileceğimiz alçı bazlı Petri kaplarında saklıyoruz. Yem olarak onlara biraz kuru maya veriyoruz. Temelde ihtiyaçları olan tek şey bu” diyor.
Deneyde kullanılanlar Martin’in laboratuvarındaki yaylı kuyruklulardı. Hayvanlardan alınan örnekleri, hayvanların antifriz proteinini ilk kez ne zaman geliştirdiğini öğrenmek için bir dizi moleküler deney yürüten Kanada’daki üç meslektaşına gönderdi.
Çünkü araştırmacılar, hücrelerin antifriz proteinini oluşturmasını sağlayan DNA dizisini biliyor. antifriz proteini sayesinde türler, aileler ve rütbeler arasında aynı diziyi arayabilirler.Bir milyon yıl sonrasına kadar bu durum balıklar ve böcekler için gerçekleşmedi. Gerçi bakteriler ve tek hücreli algler gibi bitkiler ve mikroorganizmalar benzer bir mekanizmayı çok daha erken geliştirmiş olabilir” diyor.
Yay kuyruklu kuyruk nasıl bulunur?
{ 3}Martin Holmstrup ve Çevre Bilimleri Departmanı’ndaki meslektaşları laboratuvar için yaylı kuyrukları kendileri topladılar. Danimarka, İzlanda ve Grönland’da toplandılar.
Bulmak o kadar da zor değil, hatta kendi bahçenizde bile bulabilirsiniz.
Şu adımları uygulamanız yeterli:
{3 }Bahçenizden bir avuç toprak veya yaprak alın ve bir eleğe yerleştirin.
Eleğin üzerine ayarlanabilir bir lamba yerleştirin ve eleğin altına bir tepsi koyun.
Lambadan gelen ısı, yay kuyruklu kuşların kendilerini aramasını sağlayacaktır. daha soğuk ortamlar. Bu, onların süzgeçten geçip tepsiye düşmesine neden olur ve burada etrafta sürünürken bulursunuz.
Buz Kristallerini Kapsüller ve Yavaşlatır
Neredeyse her yerde yaylı kuyrukluları bulabilmenize rağmen Dünya üzerinde Kuzey Kutbu’nda sayıları diğer yerlere göre daha fazladır. Grönland ve Kanada’nın soğuklarında yalnızca az sayıda diğer kara hayvanı hayatta kalabilir, bu da yay kuyrukluların rahatsız edilmeden bakteri ve mantarlarla beslenebileceği anlamına gelir.
“Yay kuyruklu hayvanların süper güçlü antifriz proteinleri, soğuk bölgelerde hayatta kalmalarına olanak tanır. orada yiyecekleri yalnızca birkaç solucan ve böcekle paylaşmak zorunda kalıyorlar. Ayrıca çok fazla doğal düşmanları da yok,” diyor Martin Holmstrup.
Kuzey Kutbu’nda sıcaklıkların düştüğü kış aylarında, bahar kuyrukları antifriz proteinleri üretmeye başlar. Bunlar aynı zamanda “buz bağlayıcı proteinler” olarak da adlandırılıyor çünkü küçük buz kristallerinin yüzeyine tutunup büyümelerini önleyebiliyorlar. Kara hayvanları, toprak donduğunda buz kristalleriyle yakın temas halinde olduğundan antifriz proteinleri, buzun hayvana yayılmasını ve onu öldürmesini önlemede önemli bir rol oynar.
“Tıpkı bizim gibi – ve diğer birçok hayvan gibi – “kanları” donarak buza dönüşürse bahar kuyrukları hayatta kalamaz. Antifriz proteinleri bunu önlemeye yardımcı oluyor” diyor.
Yay kuyrukları birçok şekil ve boyuta sahiptir ve 9.000’den fazla farklı tür vardır. Ve bunlar sadece keşfettiğimiz türlerin sayısı. Araştırmacılar, yaykuyruk türünün iki katı, hatta daha fazla olduğunu tahmin ediyor. Katkıda bulunan: Andy Murray / Wikimedia Commons
Kuru Üzüm
Ancak bu özel protein, bahar kuyruklu kuşların şiddetli soğukta hayatta kalmasını mümkün kılan tek yetenek değildir. Arktik. Başka bir numara daha yapıyorlar:
“Her canlının hücrelerinde su molekülleri bulunduğundan, donma sıcaklıklarına karşı savunmasızız. Su donarsa hücreler yok olur. Bunu önlemek için, bahar kuyruklu kuş kış boyunca kurumaya ve bir tür kış uykusuna yatmaya izin verir,” diye açıklıyor Martin Holmstrup.
Yay kuyruklular kış uykusuna yattığında metabolizmaları o kadar yavaşlar ki, bilim adamları bunu gerçekten ölçemezler. . Ancak bahar geldiğinde suyu tekrar vücutlarına çekerler ve metabolizmalarını yeniden başlatırlar.
“Onları dondurarak kurutmayı anımsatan bir süreçle kuruyup kuru üzüm haline getiren bir üzümle karşılaştırabilirsiniz. Bahar kuyrukları kışın küçülür ve küçük, kırışık yaratıklara dönüşür. Ve bahar geldiğinde suyu emip şişerek normal boyutlarına geri dönüyorlar” diyor.
Donarak Ölmesi Gereken Balıklarda Keşfedildi
Uzun yıllar boyunca bir gizem olarak kaldı Bazı hayvan türlerinin gezegenin en soğuk bölgelerinde nasıl hayatta kalabildiğini. Bilim insanları, hayvanların soğukla baş etmesini mümkün kılan antifriz proteinlerini ancak geçen yüzyılın ortalarına kadar keşfedebildiler.
On yıllardır bilim insanları kutup balıklarının deniz suyunda nasıl yüzebildiğini merak ediyordu. eksi 1,8 santigrat dereceydi. Tuz içeriğinden dolayı deniz suyunun donma noktası daha düşüktür. Balıkların kanının donma noktası ise eksi 1 santigrat derecedir, bu da onların suda donmaktan kurtulamayacakları anlamına gelir.
“Balıklar buzlu deniz suyunda nasıl hayatta kalmayı başardı? uzun zamandır bir gizemdi. Bununla birlikte, 1960’ların sonlarında Amerikalı araştırmacı Arthur DeVries, Arktik balıklarda bulunan proteinleri izole etmeyi başardı ve bu proteinlerin, balık baştan sona aşırı soğutulmuş olmasına rağmen balığın hücrelerinde ve kanında buz oluşmasını önleyebildiğini keşfetti. hayatı,” diye açıklıyor Martin Holmstrup
O zamandan bu yana araştırmacılar birçok başka hayvan, bitki ve mikroorganizmada antifriz proteinleri keşfetti. Ve bu antifriz proteinleri artık endüstri tarafından kullanılıyor.
“Balıktaki antifriz proteinlerini kodlayan genler, endüstriyel maya hücre kültürlerine kopyalandı.Ancak sorun, buz kristalleri oluşmaya başladığında donmuş gıdanın değişmesidir. Genellikle yiyeceklerin hem tadını hem de dokusunu bozarlar.
Ancak, özel antifriz proteinleri sayesinde bu durum önlenebilir, diye açıklıyor Martin Holmstrup:
“Balıklardaki antifriz proteinlerini kodlayan genler endüstriyel maya hücre kültürlerine kopyalanmıştır. Bu, mayanın daha sonra farklı gıdalara eklenebilecek çok faydalı proteinler üretmesini sağlıyor” diyor.
Proteinlerin özellikle etkili olduğu gıdalardan biri de dondurmadır.
” Unilever’in dondurmadaki proteinleri kullandığını biliyorum çünkü bunlar gerçekten hoş bir doku oluşturmaya yardımcı oluyor. Dondurma ayrıca sert bir buz kristali bloğuna dönüşmeden çözülüp tekrar dondurulabilir. Uzun vadede bu etki, nakledilen organların dondurularak saklanmasıyla bağlantılı olarak kullanılabilir.
“Havacılık ve rüzgar türbini endüstrileri gibi diğer endüstriler de proteinlerle deneyler yaptı. Proteinlerin kanatları donmaya ve buzunun çözülmesi gerekmesine karşı koruyabileceğini umuyorlar.”
Referans: “Poliprolin tip II sarmal antifriz proteinleri Collembola’da yaygındır ve muhtemelen 400 milyon yıl önce Ordovisiyen Dönemi’nde ortaya çıkmıştır” Yazan: Connor L. Scholl, Martin Holmstrup, Laurie A. Graham ve Peter L. Davies, 1 Haziran 2023, Bilimsel Raporlar.
DOI: 10.1038/s41598-023-35983-y{ 2}Çalışma, Kanada Sağlık Araştırma Enstitüleri ve Danimarka Bağımsız Araştırma Konseyi tarafından finanse edilmektedir.
.