Mitochondria dostarczają wskazówek na temat adaptacji inwazyjnych krabów do nowego środowiska
Mały krab brzegowy pochodzący z wybrzeży Europy i Afryki Północnej zadomowił się na drugim końcu świata. W wyniku działalności człowieka europejski krab zielony (Carcinus maenas) rozprzestrzenił się w Australii, Japonii, Afryce Południowej oraz obu Amerykach i znalazł się na liście 100 najbardziej inwazyjnych gatunków obcych na świecie(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Niezależnie od tego, czy gatunki inwazyjne znalazły się nowym środowisku naturalnie czy zostały do niego wprowadzone celowo, w największym stopniu przyczyniają się do utraty bioróżnorodności, a w świecie dotkniętym zmianami klimatycznymi i zanieczyszczeniem często dostosowują się lepiej niż gatunki rodzime. Co jednak sprawia, że ich zdolności adaptacyjne są tak wysokie? Najnowsze badania wskazują, że wynika to ze zjawiska szybkiej ewolucji, które umożliwia szybkie dostosowanie się i uniknięcie wyginięcia. Chcąc zgłębić to zagadnienie, zespół projektu MitoRescue(odnośnik otworzy się w nowym oknie), realizowanego przy wsparciu z działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zajrzał do wnętrza komórek, by zbadać mitochondria, które dostarczają komórce energii. Skupiając się na gatunku C. maenas, badacze oparli się na założeniu, że w warunkach stresu bogate w mitochondria komórki znajdujące się w skrzelach zwierzęcia mogą wytwarzać dodatkową energię, pomagając mu w adaptowaniu się.
Elastyczność energetyczna
Badacze pobrali próbki krabów w 12 lokalizacjach, obejmujących rodzime populacje żyjące w chłodniejszych wodach Francji i cieplejszych wodach Portugalii, a także od dawna zadomowioną populację inwazyjną z ciepłych wód Australii. Zmierzyli oni tempo oddychania całych zwierząt, ocenili różnorodność genetyczną, oznaczyli biochemiczne markery stresu w skrzelach oraz zbadali strukturę hepatopankreasu, czyli narządu trawiennego. Sukces inwazji krabów w Australii nie wynikał z lepszej kondycji fizycznej ani większego zapotrzebowania na energię. Różnice leżały natomiast w regulacji biochemicznej. „Nasze wyniki wskazują, że sukces inwazyjnej populacji C. maenas może w większym stopniu wynikać z elastyczności regulacyjnej i metabolicznej niż ze zmian w podstawowym bilansie energetycznym”, mówi koordynator projektu Jehan-Hervé Lignot. Zazwyczaj oczekuje się, że populacje inwazyjne będą charakteryzowały się mniejszą różnorodnością niż populacje rodzime, ponieważ wywodzą się z zaledwie kilku osobników założycielskich. Tymczasem u australijskich krabów zauważono różnorodność genetyczną mitochondriów porównywalną z różnorodnością populacji rodzimych. Lignot podkreśla, że zjawisko to wcale nie należy rzadkości, gdy inwazje wiążą się z wielokrotnym wprowadzaniem gatunku lub mieszaniem się populacji źródłowych.
Wnioski płynące z zanieczyszczonych wód
Zespół zbadał również, jak kraby reagują na kadm, który jest metalem toksycznym. Kraby pobrane z miejsc, w których w przeszłości występowało skażenie kadmem, wykazywały wyższy poziom oddychania mitochondrialnego i wytwarzały więcej reaktywnych form tlenu – naturalnych produktów ubocznych procesów wytwarzania energii, które mogą uszkadzać komórki. Jednocześnie zaobserwowano u nich silniejsze mechanizmy obrony antyoksydacyjnej. Kraby, które wcześniej nie były narażone na kadm, reagowały na ten metal inaczej. W ich mitochondriach nastąpiła zmiana równowagi między dwoma kluczowymi składnikami, co może ograniczać powstawanie produktów ubocznych, umożliwiając jednocześnie działanie mechanizmów detoksykacji i innych mechanizmów obronnych. „Te odkrycia sugerują, że długotrwała ekspozycja na metale wywołuje adaptacje mitochondrialne, które zwiększają odporność na zanieczyszczenia, potencjalnie ułatwiając krabowi zielonemu skuteczne rozprzestrzenianie się w skażonym środowisku”, wyjaśnia Lignot. W ramach projektu MitoRescue opracowano również protokół badań nad skorupiakami morskimi i słodkowodnymi, takimi jak kraby. Skrzela krabów są grubsze i mniej przepuszczalne niż skrzela ryb, dlatego przed pomiarem funkcji mitochondriów wymagają intensywniejszej obróbki. Powszechnie stosowana w tym celu saponina może jednak sama zaburzać funkcjonowanie mitochondriów, dlatego zespół przetestował różne warianty obróbki i ustalił, że najlepsze wyniki daje 30-minutowa ekspozycja. Podejście przyjęte przez badaczy zostanie przetestowane na innych gatunkach rodzimych i inwazyjnych, takich jak śródziemnomorski krab zielony oraz inwazyjny krab niebieski. Projekt „otwiera nowe perspektywy w zakresie zarządzania inwazyjnymi gatunkami morskimi w zmieniającym się oceanie”, dodaje Lignot.
