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研究精確定位了南極章魚神經(jīng)系統(tǒng)的研究寒冷適應(yīng)

一種加利福尼亞雙斑章魚(雙斑章魚)，是精確用于這項(xiàng)溫度適應(yīng)研究的溫帶水域章魚(雙斑章魚)的近親。鳴謝:uux.cn/Tom Klein dinst/海洋生物實(shí)驗(yàn)室
（神秘的定位的寒地球uux.cn）據(jù)海洋生物實(shí)驗(yàn)室（懷恩·帕里）：充滿溶解鹽的南極水可以在冰點(diǎn)以上徘徊，甚至低于冰點(diǎn)。南極如此低的章魚溫度可能會殺死在更北的溫暖水域中生存的動物。然而，神經(jīng)一些生物已經(jīng)找到了在這種嚴(yán)寒中生存的系統(tǒng)方法。
在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表的冷適一項(xiàng)新研究中，海洋生物實(shí)驗(yàn)室(MBL)的研究研究人員及其合作者專注于在如此寒冷的棲息地生活如何改變了一種動物神經(jīng)系統(tǒng)功能所必需的酶，這種動物是精確生活在環(huán)極地南大洋的章魚。他們的定位的寒工作探索了生物適應(yīng)極端環(huán)境的眾多方式之一。
“我們非常詳細(xì)地觀察了神經(jīng)系統(tǒng)中一種非常重要的南極酶，鈉鉀泵，章魚然后我們問，神經(jīng)‘我們在哪里看到這些適應(yīng)位點(diǎn)？系統(tǒng)’”MBL大學(xué)的資深科學(xué)家約書亞·羅森塔爾說。
寒冷中生活的挑戰(zhàn)
溫度對生命至關(guān)重要，部分是因?yàn)閱芋w內(nèi)各種生化反應(yīng)的酶需要熱能——表現(xiàn)為熱量——才能運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著氣溫驟降，酶的活性降低，最終逐漸停止。
雖然包括人類在內(nèi)的一些動物可以加熱自己的身體，但章魚缺乏這種能力。然而，這些八臂生物已經(jīng)找到了一種在南極水域居住的方法，那里的寒冷使它們的酶反應(yīng)速率降低了30倍。神經(jīng)系統(tǒng)尤其脆弱，因?yàn)榘l(fā)送和接收電信號需要許多精心協(xié)調(diào)的反應(yīng)?！爱?dāng)你把它們都放慢到這樣的程度時，這是一個大問題:它們?nèi)绾芜m應(yīng)？”羅森塔爾說。
科學(xué)家已經(jīng)研究了許多蛋白質(zhì)的冷適應(yīng)，但他們在很大程度上忽略了那些嵌入細(xì)胞周圍皮膚樣膜的蛋白質(zhì)。膜蛋白執(zhí)行許多工作，包括將離子移入和移出細(xì)胞。這項(xiàng)新研究的核心蛋白質(zhì)Na+/K+-ATP酶可以從細(xì)胞中去除鈉離子，同時引入鉀離子，產(chǎn)生電位差，神經(jīng)元將此作為交流的能量來源。
尋找最重要的變化
在之前的研究中，包括羅森塔爾和米格爾·霍爾姆格倫(Miguel Holmgren)在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，寒冷會減緩南極章魚(Pareledone屬)的鈉鉀泵，遠(yuǎn)不如生活在溫帶水域(如加利福尼亞州海岸)的雙點(diǎn)章魚(Octopus bimaculatus)的鈉鉀泵。米格爾·霍爾姆格倫是美國國家神經(jīng)疾病和中風(fēng)研究所的膜蛋白生物物理學(xué)家，也是MBL大學(xué)的長期summer Whitman研究員。
為了確定這些泵之間的差異，研究小組研究了組成它們的結(jié)構(gòu)單元，即氨基酸。雖然這兩者基本相同，但他們發(fā)現(xiàn)了一些氨基酸不同的地方。為了確定這些變化中哪一個影響最大，他們在不同的泵之間交換這些變化并測試其效果。
首先，他們改造了溫帶泵，使其包含獨(dú)特的南極氨基酸，以了解哪些氨基酸賦予了耐寒性，然后他們?nèi)コ四蠘O的變化，使泵恢復(fù)到溫帶、耐寒狀態(tài)。通過這種方式，他們將最重要的差異縮小到三個，這三個差異共同使泵在接近冰點(diǎn)的溫度下快速工作。
其中一種叫做L314V的效果最大。將這種氨基酸從南極泵的亮氨酸換成溫和的纈氨酸可以根除新發(fā)現(xiàn)的耐寒性。
寒冷適應(yīng)的主題？
當(dāng)他們繪制L314V和泵結(jié)構(gòu)中其他兩種變化的位置時，研究人員發(fā)現(xiàn)它們位于邊緣，面對油膩的膜。在L314V的情況下，研究人員認(rèn)為，改變這種氨基酸會改變泵的這一部分逆著膜移動的方式，可能是通過減少阻力，使泵能夠更快地工作。
Holmgren說，蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜之間的界面可能是這種適應(yīng)的場所，這對我們來說是有意義的?！耙坏┪覀冄芯苛烁嗟哪さ鞍祝蚁胛覀儠吹礁噙@樣的例子。”

研究精確定位了南極章魚神經(jīng)系統(tǒng)的寒冷適應(yīng)

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