Choáng váng với loài sinh vật sống ở vùng nước lạnh nhất thế giới, chuyên gia cũng phải ngỡ ngàng vì bộ phận này

Vùng nước xung quanh Nam Cực là nơi lạnh nhất thế giới dao động từ băng giá -2°C đến nhiệt độ tương đối mát mẻ 10°C (28 đến 50°F). Đó có vẻ không phải là một nơi lý tưởng để sinh sống, tuy nhiên cuộc sống ở Nam Đại Dương vẫn phát triển mạnh mẽ nhưng bằng cách nào mà một số loài sinh vật có thể làm được điều đó? Bạch tuộc ở Nam Cực (Pareledone) có thể có một số câu trả lời khi các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một sự thay đổi phân tử quan trọng cho phép sinh vật này tồn tại ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt nhất.

Enzyme là chất xúc tác sinh học quan trọng đối với chức năng tế bào, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, chúng thường làm chậm hoạt động trong điều kiện cực lạnh. Để xác định lý do tại sao bạch tuộc ở Nam Cực có thể sống sót trong vùng nước đóng băng, enzyme là một trong những nơi hợp lý nhất để xem xét. Cái lạnh làm giảm tốc độ hoạt động của enzym tới 30 lần nhưng bạch tuộc vẫn sống khỏe mạnh.

Một nhóm các nhà nghiên cứu liên tổ chức đã tập trung vào một trong những enzyme quan trọng nhất trong hệ thần kinh bằng cách bơm ion natri-kali. Protein này nằm trong màng tế bào, bơm ion natri ra khỏi tế bào và đưa ion kali vào, một quá trình quan trọng để đưa tế bào thần kinh trở lại “nghỉ ngơi” sau khi hoạt động.

Nghiên cứu trước đây của nhóm đã phát hiện ra rằng trong điều kiện lạnh, máy bơm ion natri-kali ở bạch tuộc ở Nam Cực chậm lại ít hơn nhiều so với những máy bơm được tìm thấy ở vùng nước ôn đới hơn, cho thấy rằng có thể có sự khác biệt về phân tử hay còn gọi là đột biến trong máy bơm đã cho phép các loài ở Nam Cực hoạt động ở vùng nước lạnh hơn.

Khi nghiên cứu sự khác biệt về protein, điểm quan trọng cần xem xét là cấu trúc axit amin - đây là những khối xây dựng nên protein. Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra cấu trúc axit amin của bơm ion natri-kali ở cả bạch tuộc Nam Cực và Bạch tuộc bimaculatus, một loài sống ở vùng ôn đới.

Mặc dù các máy bơm phần lớn giống nhau nhưng có một số khác biệt giữa hai loại máy bơm này. Để tìm ra những thay đổi axit amin nào đóng vai trò thích ứng với cái lạnh, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một số thử nghiệm phân tử xung quanh. Họ chuyển các axit amin đặc biệt ở Nam Cực vào máy bơm của bạch tuộc ôn đới, kiểm tra khả năng chịu lạnh, loại bỏ những thay đổi và thử nghiệm lại.

Thông qua quá trình này, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra 12 đột biến tạo ra khả năng chịu lạnh, mặc dù một thay đổi góp phần vào điều này nhiều hơn những thay đổi khác là axit amin thứ 314 trong bơm ion natri-kali Pareledone vốn là một leucine.

Các nhà nghiên cứu tin rằng sự thay đổi này ảnh hưởng đến cách một phần máy bơm di chuyển qua màng, họ nghĩ rằng nó có thể làm giảm lực cản, từ đó cho phép máy bơm hoạt động nhanh hơn. Tác giả nghiên cứu Miguel Holmgren cho biết: “Đối với chúng tôi, điều hợp lý là bề mặt tiếp xúc giữa protein và màng của loài động vật này sẽ là nơi thích ứng như vậy. Một khi nghiên cứu được nhiều protein màng hơn thì tôi nghĩ chúng ta sẽ thấy nhiều ví dụ hơn về điều này”.

Nghiên cứu được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.

Theo IFL Science.