Можливість гемоглобіну крокодила зв’язувати і утримувати кисень визначається не фосфатами, як у більшість хребетних, а бікарбонатами. Це дозволяє цим рептиліям оптимально використовувати кисень і тривалий час залишатися під водою. Щоб з’ясувати, як з’явився такий білок, вчені реконструювали гемоглобін сучасних і стародавніх крокодилів, а також архозаврів. Виявилося, що його ефект забезпечують не окремі мутації, а їх складні комбінації. Результати дослідження опубліковані в журналі Current Biology.
Успіх крокодила як вищого хижака полягає в його умінні довго залишатися під водою, чатуючи на свою жертву. Цю здатність забезпечує унікальна структура білка гемоглобіну, який доставляє кисень з його легенів в тканини з повільною, але постійною швидкістю. Унікальність крокодилячого гемоглобіну змусила вчених задатися питанням, чому з усіх хребетних лише цим рептиліям дістався такий білок.
Щоб відповісти на це питання, дослідники з Університету Небраски в Лінкольні (США) відтворили гемоглобін архозавра — останнього відомого спільного предка птахів і крокодилів, що жив 240 мільйонів років тому, а також загального предка сучасних крокодилів віком 80 мільйонів років. Виявилося, що такий унікальний гемоглобін з’явився лише у крокодилів. Причому замість декількох ключових амінокислотних замін його властивості забезпечує 21 складно взаємопов’язана мутація.
У більшості хребетних здатність гемоглобіну захоплювати і утримувати кисень визначається молекулами, відомими як органічні фосфати. Саме вони, приєднуючись до гемоглобіну, змушують його випустити кисень. Однак у крокодилів і алігаторів роль фосфатів грають бікарбонати, що утворюються при розпаді вуглекислого газу. Оскільки тканини в процесі життєдіяльності виробляють багато вуглекислого газу, утворюється і бікарбонат. Його кількість визначає те, як кисень буде розподілений по організму, і гарантує, що його отримають тканини, які найбільше його потребують.
- Американець 30 років підпирав двері рідкісним метеоритом
- Дослідження: енергією вулканів можна живити цілі континенти
- Цей хижак завдає Землі неймовірної шкоди
Порівняння гемоглобінів архозавра і стародавнього крокодила допомогло виявити зміни в амінокислотному складі білків. Щоб перевірити, які з них мають найбільше значення, вчені додавали певні специфічні для крокодилів мутації в гемоглобін архозавра, і оцінювали його функції.
Всупереч загальноприйнятій думці виявилося, що еволюційні зміни в реакції гемоглобіну на бікарбонати і фосфати були викликані різними наборами мутацій, так що посилення одного механізму не залежало від втрати іншого. Хоча кількох замін амінокислот було достатньо для зникнення місця зв’язування фосфатів, для повного усунення чутливості гемоглобіну до фосфатів було потрібно багато інших змін. Приблизно таким же чином дві мутації, здається, безпосередньо викликають появу чутливості до бікарбонату, але лише інші білкові зміни дозволили гемоглобіну крокодилів стати настільки ефективним.