September 26, 2022

Beberapa penemuan ilmiah yang paling signifikan—penisilin, bubuk mesiu, microwave—ditemukan secara tidak sengaja. Sekarang sekelompok peneliti yang menyelidiki bagaimana beberapa hewan hidup di Arktik yang membeku memiliki yang lain untuk ditautkan dalam daftar: antibeku alami. Sebuah studi baru yang diterbitkan hari ini di jurnal Bioinformatika Evolusioner menemukan bahwa spesies ikan siput kecil yang hidup di Greenland mengandung protein antibeku tingkat tinggi yang memungkinkan untuk bertahan hidup pada suhu di bawah nol.

Pada tahun 2019, rekan penulis studi David Gruber, seorang rekan peneliti di American Museum of Natural History di New York dan seorang profesor biologi terkemuka di CUNY’s Baruch College, bersama timnya melakukan ekspedisi ke Greenland timur untuk mencari hewan yang bersinar di gelap di bawah es. Terletak di Lingkaran Arktik, wilayah Greenland ini mendapat hampir hari-hari penuh matahari musim panas, tetapi tenggelam dalam kegelapan selama bulan-bulan musim dingin. Tujuan tim adalah untuk memahami peran yang dimainkan cahaya pada spesies laut yang hidup di lingkungan ini dengan periode musiman yang drastis dengan sinar matahari yang tidak pernah berakhir dan sangat terbatas. Pencarian mereka membawa mereka ke ikan siput biofluorescent remaja, ikan kecil dengan tubuh seperti kecebong yang biasanya ditemukan di perairan dingin yang berada jauh di bawah titik beku, pada suhu 28,4 derajat Fahrenheit. Biofluoresensi adalah ketika seekor hewan menyerap cahaya biru dan memancarkan cahaya hijau, merah, atau kuning—jarang di antara ikan Arktik yang hidup dalam kegelapan hampir sepanjang hidup mereka.

Gibbus Liparis remaja dicitrakan di bawah kondisi cahaya putih (atas) dan di bawah pencahayaan fluoresen (bawah). © J. Sparks, D. Gruber

Untuk lebih memahami bagaimana ikan siput menciptakan cahaya, tim biologi memeriksa seluruh transkriptomnya—setiap gen yang dibuatnya—di mana mereka terkejut menemukan bahwa salah satu protein yang paling aktif dibuat dalam tubuh adalah protein antibeku. “Mirip dengan bagaimana antibeku di mobil Anda menjaga air di radiator Anda agar tidak membeku dalam suhu dingin, beberapa hewan telah mengembangkan mesin luar biasa yang mencegahnya membeku, seperti protein antibeku, yang mencegah pembentukan kristal es,” kata Gruber dalam sebuah pers. melepaskan.

See also  Macaw tenggorokan biru membuat comeback yang lambat, tapi penuh harapan

Ahli biologi kelautan telah menemukan keberadaan protein antibeku 50 tahun yang lalu. Beberapa spesies dari ikan, reptil, serangga, hingga bakteri diketahui telah mengembangkan protein antibeku untuk bertahan hidup di habitat es. Untuk ikan siput, protein antibeku dikembangkan di hati yang mencegah pembentukan butiran es besar di dalam sel dan cairan tubuh. Tanpa protein antibeku, darah ikan bekicot akan berubah menjadi padat beku.

[Related: Fish blood could hold the answer to safer de-icing solutions during snowstorms]

Sejak penemuan awal, para ahli biologi telah menemukan bahwa protein antibeku diciptakan melalui lima keluarga gen yang berbeda. Tetapi ahli biologi kelautan tidak tahu berapa banyak energi yang dihabiskan ikan siput dalam menciptakan protein antibeku. “Dalam retrospeksi masuk akal — tentu saja ikan remaja yang hidup di gunung es membuat banyak protein yang mencegahnya membeku,” jelas Gruber. Dalam analisis genetik mereka, tim menemukan dua keluarga gen yang bertanggung jawab untuk mengkodekan dua jenis protein antibeku, yang disebut protein tipe I dan LS-12. Gen-gen ini sangat diekspresikan, membentuk 1 persen teratas dari gen yang diekspresikan pada ikan siput.

dua orang dengan perlengkapan selam di bawah air dekat gunung es
Penulis studi David Gruber dan John Sparks menyelam ke perairan dingin di Greenland timur. © Peter Kragh

Penulis penelitian menyarankan bahwa tingkat ekspresi yang tinggi untuk protein antibeku ini sangat penting untuk hidup di perairan yang sangat dingin. Namun, beberapa ahli biologi kelautan meragukan seberapa besar kesimpulan yang dapat ditarik dari hasil ini. C.-H. Christina Cheng, ahli biologi evolusioner di University of Illinois Urbana-Champaign yang tidak berafiliasi dengan penelitian ini, mengatakan bahwa protein seperti LS-12 yang juga ada di longhorn sculpin Atlantik Barat Laut tidak memberikan banyak bantuan dalam mencegah ikan mati beku. . Alih-alih, dia mengatakan mungkin siput dapat mengekspresikan protein ini karena alasan perkembangan lainnya. Terlebih lagi, ekspresi protein antibeku Tipe I yang ditemukan pada ikan siput berbeda dari protein Tipe I lainnya dari spesies yang sama.

See also  Ada apa dengan ozon di Colorado

Cheng mengatakan perbedaan ini dapat diselesaikan dengan melihat lebih lanjut aktivitas protein antibeku langsung dalam plasma darah. “Jika semua transkrip yang terdeteksi ini benar-benar dibuat menjadi protein antibeku fungsional, aktivitas antibeku plasma akan tinggi,” jelasnya. “Tetapi jika aktivitas antibeku plasma rendah, maka patut dipertanyakan bahwa transkrip ini dibuat menjadi protein antibeku aktif.”

[Related: How polar animals cope with frigid darkness for months at a time]

Namun, studi baru ini menyoroti pentingnya protein antibeku dalam kelangsungan hidup ikan siput yang hidup di Kutub Utara—lingkungan yang sangat rentan terhadap kenaikan suhu global. Sejak abad yang lalu, Arktik telah memanas empat kali lebih cepat dari bagian planet lainnya, dengan prediksi memproyeksikan lautan Arktik yang bebas es dalam 30 tahun.

Saat wilayah tersebut mengalami perubahan dramatis, ikan yang tinggal di es akan dipaksa untuk beradaptasi dengan iklim yang lebih hangat atau menghadapi kepunahan. “Untuk ikan siput muda ini, kekuatan super mereka dalam membuat banyak protein antibeku tidak akan lagi menjadi kekuatan super di Kutub Utara tanpa gunung es,” kata Gruber. Lebih buruk lagi, perairan yang lebih hangat dapat memperkenalkan lebih banyak spesies ikan yang cenderung tinggal di daerah beriklim sedang, meningkatkan persaingan untuk mendapatkan makanan dan tempat berlindung.

Di masa depan, Gruber dan timnya berencana untuk menyelidiki lebih lanjut nuansa antibeku pada ikan siput dan spesies lain yang hidup di lingkungan beku ini. “Ikan siput adalah keluarga yang menarik karena mereka memiliki perwakilan yang hidup di permukaan hingga kedalaman lebih dari 8.000 meter [in the ocean],” dia berkata. “Kami penasaran untuk menyelidiki apakah ada hubungan antara kemampuan ikan siput untuk bertahan hidup di lingkungan yang sangat dingin dan tekanan yang ekstrem.”

See also  Bayar apa yang Anda inginkan untuk paket pelatihan Python yang penuh sesak ini