Poszukiwanie prawdziwej wartości sprawności metabolicznej
Tempo przemiany materii mierzy, jak skutecznie organizm jest w stanie przekształcać pożywienie i tlen w energię. Jest to zasadniczo koszt energii potrzebnej do wykonywania podstawowych funkcji organizmu i stanowi główną cechę, która łączy fizjologię organizmu z jego ekologią i historią życia. Znajomość tempa przemiany materii względem innych organizmów w populacji pomaga nam zrozumieć, jakie są konsekwencje takiej zmienności. Na przykład, czy wyższe tempo przemiany materii jest korzystne, czy kosztowne, oraz w jaki sposób wpływa na to kontekst środowiskowy, społeczny itp. „Pomaga nam to zrozumieć, dlaczego ta zmienność utrzymuje się”, wyjaśnia Neil Metcalfe(odnośnik otworzy się w nowym oknie), profesor ekologii behawioralnej na Uniwersytecie w Glasgow. „Jak to możliwe, że koszty utrzymania dwukrotnie wyższe niż u innego gatunku mogą być korzystne?”. Pomimo tego istotnego znaczenia badania empiryczne rzadko mierzą dokładne tempo przemiany materii organizmów na wolności (tempo produkcji adenozynotrójfosforanu (ATP)). Jest to bowiem skomplikowane i wymaga zastosowania drogiego sprzętu. Większość badań rejestruje go pośrednio poprzez zużycie tlenu przez zwierzę, które jest przydatnym, ale potencjalnie niedokładnym wskaźnikiem. W ramach projektu MitoWild, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Metcalfe i jego zespół udoskonalili i opracowali podejście do bezpośredniego pomiaru tempa przemiany materii.
Pomiar metabolizmu za pomocą mitochondriów
Zespół MitoWild postanowił sięgnąć o koncepcję bardziej bezpośredniego i intuicyjnego pomiaru sprawności wykorzystania tlenu przez mitochondria, struktury w komórkach, które wytwarzają ATP, przy użyciu innych obliczeń. Metoda ta wyraża sprawność przemiany materii w procentach, więc teoretycznie wydajność siąga od 0 do 100% (gdzie 100% oznaczałoby, że 100% tlenu zużywanego przez mitochondria jest wykorzystywane do produkcji ATP i nie jest marnowane). „Chociaż wartość 100% nigdy nie jest osiągana, skala ograniczona od 0 do 100 jest znacznie łatwiejsza do zinterpretowania niż dotychczasowe obliczenia, w których nie było górnego limitu wartości”, dodaje Metcalfe. Zespół przetestował swoją metodę w badaniach na różnych gatunkach ryb słodkowodnych, takich jak pstrąg potokowy, łosoś, ciernik i strzebla błotna, aby określić potencjalny wpływ tempa przemiany materii ryby na jej zdolność do wykonywania pracy tlenowej.
Nowe informacje na temat zmienności metabolicznej
Do najważniejszych wyników projektu należy wykazanie, że wydajność produkcji ATP przez mitochondria w mięśniach lub wątrobie pozwala przewidzieć sprawność w różnych kontekstach. „Na przykład osobniki z bardziej wydajnymi mitochondriami były w stanie lepiej walczyć o terytoria, częściej wygrywały w rywalizacji, były w stanie zapewnić więcej opieki rodzicielskiej swojemu potomstwu i były w stanie zminimalizować ilość czasu poświęcanego na żerowanie”, zauważa Metcalfe. Jednak w innych kontekstach produkcja ATP nie była czynnikiem prognozującym sukces. „Nadal nie rozumiemy, z czego to wynika. Zasadniczo wydaje się, że nie ma wyraźnego kosztu posiadania sprawniejszych mitochondriów – teoretycznie powinno to powodować szybsze starzenie się, ale dowody na to nie są jednoznaczne”, dodaje.
Inspiracja dla przyszłych badań nad sprawnością mitochondriów
Zespół liczy, że ich praca zainspiruje innych badaczy do przyjrzenia się sprawności mitochondriów w innych systemach badawczych, na przykład u innych gatunków lub w innych kontekstach. „To pokaże, czy nasze wyniki można uogólnić dla całego królestwa zwierząt”, stwierdza Metcalfe.
