Científicos de las Universidades de Oslo y Liverpool han descubierto el secreto detrás de la extraordinaria habilidad de un pez de colores para producir alcohol como una forma de sobrevivir a duros inviernos bajo lagos congelados.
Los seres humanos y la mayoría de los otros animales vertebrados mueren en pocos minutos sin oxígeno. Sin embargo, los peces de colores y sus parientes silvestres, la carpa de crucian, pueden sobrevivir durante días, incluso meses, en agua libre de oxígeno en el fondo de los estanques cubiertos de hielo.
Durante este tiempo, los peces son capaces de convertir el ácido láctico producido anaerobiamente en etanol, que luego difunde a través de sus branquias en el agua circundante y evita una acumulación peligrosa de ácido láctico en el cuerpo.
El mecanismo molecular detrás de esta habilidad muy inusual, que es único entre los vertebrados y más comúnmente asociados con la levadura de cerveza, ahora se ha descubierto y se publica en la revista Scientific Reports .
El equipo internacional ha demostrado que los músculos de peces de colores y carpas crucian contienen no sólo el habitual, sino dos conjuntos de las proteínas normalmente utilizados para canalizar los carbohidratos hacia su descomposición dentro de las mitocondrias de una célula - un paso clave para la producción de energía.
Mientras que un conjunto de estas proteínas parece muy similar a la de otras especies, el segundo conjunto está fuertemente activado por la ausencia de oxígeno y muestra una mutación que permite canalizar los sustratos metabólicos a la formación de etanol fuera de la mitocondria.
Otros análisis genéticos sugieren que los dos conjuntos de proteínas surgieron como parte de un evento de duplicación del genoma completo en un antepasado común de peces de colores y carpas crucian hace unos 8 millones de años.
El Dr. Michael Berenbrink, un fisiólogo evolutivo de la Universidad de Liverpool, dijo: "Durante su tiempo en agua sin oxígeno en estanques cubiertos de hielo, que pueden durar varios meses en su hábitat del norte de Europa, las concentraciones de alcohol en la carpa crucian pueden alcanzar Más de 50 mg por 100 mililitros, que está por encima del límite de la capacidad de bebida en estos países.
"Sin embargo, esto sigue siendo una situación mucho mejor que llenar con ácido láctico, que es el producto metabólico final para otros vertebrados, incluidos los seres humanos, cuando carecen de oxígeno".
La Dra. Cathrine Elisabeth Fagernes, de la Universidad de Oslo, dijo: "Esta investigación hace hincapié en el papel de las duplicaciones de todo el genoma en la evolución de la novedad biológica y la adaptación de las especies a ambientes previamente inhóspitos.
"La producción de etanol permite que la carpa crucian sea la única especie de peces que sobreviva y explote estos ambientes severos, evitando así la competencia y escapando a la depredación de otras especies de peces con las que normalmente interactúan en aguas oxigenadas.
"No es de extrañar entonces que el primo de la carpa crucián, el pez dorado, es sin duda una de las mascotas más resistentes bajo el cuidado humano".
El trabajo es el resultado de una colaboración entre científicos de la Universidad de Liverpool, Reino Unido, y la Universidad de Oslo, Noruega. El trabajo fue financiado por el Consejo de Investigación de Noruega.
Los seres humanos y la mayoría de los otros animales vertebrados mueren en pocos minutos sin oxígeno. Sin embargo, los peces de colores y sus parientes silvestres, la carpa de crucian, pueden sobrevivir durante días, incluso meses, en agua libre de oxígeno en el fondo de los estanques cubiertos de hielo.
Durante este tiempo, los peces son capaces de convertir el ácido láctico producido anaerobiamente en etanol, que luego difunde a través de sus branquias en el agua circundante y evita una acumulación peligrosa de ácido láctico en el cuerpo.
El mecanismo molecular detrás de esta habilidad muy inusual, que es único entre los vertebrados y más comúnmente asociados con la levadura de cerveza, ahora se ha descubierto y se publica en la revista Scientific Reports .
El equipo internacional ha demostrado que los músculos de peces de colores y carpas crucian contienen no sólo el habitual, sino dos conjuntos de las proteínas normalmente utilizados para canalizar los carbohidratos hacia su descomposición dentro de las mitocondrias de una célula - un paso clave para la producción de energía.
Mientras que un conjunto de estas proteínas parece muy similar a la de otras especies, el segundo conjunto está fuertemente activado por la ausencia de oxígeno y muestra una mutación que permite canalizar los sustratos metabólicos a la formación de etanol fuera de la mitocondria.
Otros análisis genéticos sugieren que los dos conjuntos de proteínas surgieron como parte de un evento de duplicación del genoma completo en un antepasado común de peces de colores y carpas crucian hace unos 8 millones de años.
El Dr. Michael Berenbrink, un fisiólogo evolutivo de la Universidad de Liverpool, dijo: "Durante su tiempo en agua sin oxígeno en estanques cubiertos de hielo, que pueden durar varios meses en su hábitat del norte de Europa, las concentraciones de alcohol en la carpa crucian pueden alcanzar Más de 50 mg por 100 mililitros, que está por encima del límite de la capacidad de bebida en estos países.
"Sin embargo, esto sigue siendo una situación mucho mejor que llenar con ácido láctico, que es el producto metabólico final para otros vertebrados, incluidos los seres humanos, cuando carecen de oxígeno".
La Dra. Cathrine Elisabeth Fagernes, de la Universidad de Oslo, dijo: "Esta investigación hace hincapié en el papel de las duplicaciones de todo el genoma en la evolución de la novedad biológica y la adaptación de las especies a ambientes previamente inhóspitos.
"La producción de etanol permite que la carpa crucian sea la única especie de peces que sobreviva y explote estos ambientes severos, evitando así la competencia y escapando a la depredación de otras especies de peces con las que normalmente interactúan en aguas oxigenadas.
"No es de extrañar entonces que el primo de la carpa crucián, el pez dorado, es sin duda una de las mascotas más resistentes bajo el cuidado humano".
El trabajo es el resultado de una colaboración entre científicos de la Universidad de Liverpool, Reino Unido, y la Universidad de Oslo, Noruega. El trabajo fue financiado por el Consejo de Investigación de Noruega.
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