最耐熱海洋動物能忍受60℃高溫 只因體內(nèi)含有某些關(guān)鍵酶

據(jù)測算，我國2017年漁業(yè)產(chǎn)值超1.2萬億元，而每年因高溫、缺氧等極端天氣，造成的經(jīng)濟(jì)損失已超過300億元，并呈逐年上升趨勢。就在去年8月，我國遼寧約6.8萬噸海參因持續(xù)高溫“熱”死，造成了60多億元的經(jīng)濟(jì)損失。

廈門大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董云偉教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國斯坦福大學(xué)喬治·索梅羅教授，近日發(fā)表在《美國科學(xué)院院報》上的最新成果，有望為減少這種損失提供理論支持。他們通過對濱螺等最耐熱海洋動物的研究，揭示出海洋軟體動物蛋白溫度適應(yīng)性變化模式，為研究生物對極端溫度適應(yīng)機(jī)制及氣候變暖生態(tài)效應(yīng)找到了理想對象。

極端高溫環(huán)境還能存活

為避免機(jī)體的損傷，生物會隨著環(huán)境溫度改變自身行為、生理、生化等特性，這是生物對環(huán)境的適應(yīng)過程。“就像研究深海、極地和高原生物一樣，查明生物對極端環(huán)境的適應(yīng)能力，對于我們了解生物應(yīng)對高溫的機(jī)制具有非常重要的意義。”董云偉說。

緣何從濱螺身上尋找答案?濱螺廣泛分布于潮間帶高潮區(qū)，是地球最耐熱的海洋動物之一。為了應(yīng)對嚴(yán)酷的溫度環(huán)境條件，保證存活、生長和繁殖成功，濱螺等潮間帶生物形成了多種生理生化適應(yīng)策略，如實(shí)驗(yàn)中的塔結(jié)節(jié)濱螺和粒結(jié)節(jié)濱螺，是我國巖相潮間帶高潮區(qū)常見物種，它們能夠忍受60℃左右的高溫。

董云偉告訴科技日報記者，對于人類來說，體溫高于39℃，即為高燒，會引發(fā)一系列不良癥狀，而夏季高溫季節(jié)監(jiān)測到的濱螺體溫可高達(dá)55℃，在這種極端高溫環(huán)境及高體溫狀況下，濱螺還能存活下來，使它們成為研究生物對極端溫度適應(yīng)機(jī)制及氣候變暖生態(tài)效應(yīng)的理想對象。

只因體內(nèi)含有某些關(guān)鍵酶

董云偉團(tuán)隊(duì)結(jié)合分子動力學(xué)模擬和實(shí)驗(yàn)調(diào)控手段，發(fā)現(xiàn)耐熱濱螺能夠通過增強(qiáng)代謝關(guān)鍵酶的作用，讓體內(nèi)蘋果酸脫氫酶的部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)柔性增強(qiáng)，確保了其在極端條件下的功能穩(wěn)定。

“軟體動物蘋果酸脫氫酶的序列”就好比人體中的DNA，可以作為一種身份識別信號?；谠撎匦?，團(tuán)隊(duì)還對原位體溫跨度達(dá)60℃的12種軟體動物進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了不同軟體動物間，蘋果酸脫氫酶序列的變化和生物的溫度適應(yīng)能力也有關(guān)，闡述了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與生物地理分布的內(nèi)在聯(lián)系。

“每一種生物的蛋白質(zhì)都必須在一個最適宜的溫度區(qū)間才能保持活性，生物分布在不同的地區(qū)，它們的蛋白質(zhì)對環(huán)境溫度的適應(yīng)區(qū)間就不同。”董云偉告訴記者，生活在熱帶的生物，它們的蛋白質(zhì)對高溫的適應(yīng)能力就高一些，生活在南極的生物，對高溫的適應(yīng)能力就弱一些。

“以往的定性實(shí)驗(yàn)，大多是基于生態(tài)調(diào)查或者實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，能夠描述‘濱螺可以耐受高溫’的現(xiàn)象，但回答不了‘為什么可以耐受高溫’這個問題。”董云偉介紹，目前團(tuán)隊(duì)開展的定量研究，則準(zhǔn)確地定位了某些蛋白質(zhì)(酶)的區(qū)域結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)賦予了海洋動物耐受高溫的能力。該研究有助于為海洋漁業(yè)養(yǎng)殖季節(jié)、區(qū)域、品種等提供依據(jù)，從而指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐、規(guī)避風(fēng)險。(柯懷鴻 歐陽桂蓮 謝開飛)

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