A gének titkai

A hongkongi Tudományos és technológiai egyetem kutatócsoportja dekódolta a mélytengeri vulkánokban lakó, figyelemre méltóan forró hőmérsékleten élő pikkelyes lábú csiga (Chrysomallon squamiferum) genomját.

A pikkelyes lábú csiga kifejezetten kedveli a tudósok által életre alkalmatlannak nyilvánított, víz alatti vulkáni kürtők környezetét. A tartósan fennálló forró hőmérséklet, az akár 2400 méter mélységben fellépő magas nyomás, erős savasság és alacsony oxigéntartalom dacára, ez az egyetlen élőlény, amelyről ismert, hogy fémes vasat épít a  külső vázába. Tanulmányozása fényt vethet rá, hogy hogyan alakult Földünkön a korai evolúció, nem is beszélve lehetséges orvosi, ipari és katonai alkalmazásokról. A genom dekódolását a Hongkongi Tudományos és Technológiai Egyetemen (HKUST) végezték el.

A felfedezés során két populációt hasonlítottak össze, az egyik vasban gazdag környezetből, a másik pedig vasban szegényből származott. "Megállapítottuk, hogy egy MTP 9 (fémtolerancia fehérje) nevű gén 27-szeres koncentrációban volt jelen a vas-szulfid mineralizációt hordozó állományban, összehasonlítva a vasban szegény helyen élőkkel. Az MTP9 által kódolt fémtolerancia fehérje fokozhatja a fémionok toleranciáját" - mondta el Dr. Sun Jin kutató.

Fémcsiga

A tudósok úgy vélik, hogy ez a tolerancia lehetővé teszi a csiga túlélését, mivel a környezetükben lévő vasionok reagálnak pikkelyes lábukban található kénnel, és vasszulfidokat képeznek. Mivel ez jóval alacsonyabb hőmérsékleten történik mint egy laboratóriumban, ezért a kutatásnak ipari felhasználása is lehet. 

"A csiga genomjának feltárása növelheti a puhatestűek genetikai mechanizmusaival kapcsolatos ismereteinket, megteremtve azt a genetikai alapot, amely előkészíti a gyakorlati alkalmazás lehetőségét. Az egyik lehetséges felhasználási terület az lehet, hogy a vas bevonatú csigaházak ellenállnak az erős ütéseknek, ami segíthet katonai védelmi páncélzat fejlesztésében" - tette hozzá Dr. Qian Peiyuan.

Ringat a víz

A pikkelyes lábú csiga házát három réteg alkotja. Az első vas-szulfidokat, a második más csigáknál is megtalálható fehérjevázat, a harmadik aragonit kalciumtartalmú ásványt tartalmaz. Ez a szerkezet hatásosan megóvja a csigát a rákoktól, melyek ollóikkal igyekeznek feltörni a csigák házait. Egy ilyen támadás akár több napig is eltarthat, de a pikkelyes lábú csiga megússza.

Christine Ortiz a Massachusetts Technológiai Intézetből és kollégái egy gyémánthegyű szondát használva vizsgálták meg a csiga háromrétegű héját, hogy megtudják, pontosan hogyan védi meg magát a rákok támadásaitól. A héj szilárdságának és merevségének felméréséhez ugyanolyan erőt alkalmaztak, mint amekkorát a támadó rák ollói képesek kifejteni. Ezután az adatokat felhasználták a héj rétegeinek modellezésére, és virtuális ráktámadást indítottak.

Trükkös csiga

Kiderült, hogy a csiga néhány teljesen egyedi trükköt alkalmaz, hogy megvédje magát. A héj legkülső rétege a hidrotermikus szellőzőnyílásokban képződött erős vas-szulfid részecskékből áll, amelyek mindegyike körülbelül 20 nanométer méretű, és a csiga által kiválasztott puha szerves mátrixba ágyazódik. A szerkezetet külső rétege ütésre megreped ugyan, de elnyeli az ütés energiáját. A repedések csak a vas-szulfid részecskék körüli terjednek legyezőszerűen szétterülve. Ez a mikro-repedés háló, nem csak elnyeli az energiát, de azt is megakadályozza, hogy nagyobb repedések alakuljanak ki. Sőt, a vas-szulfid részecskéi eltompíthatják és deformálhatják a behatoló ollók hegyeit.

A csigaház vastag, szivacsos középső rétege egyfajta bélésként szolgál, hogy tovább tompuljon a csapások energiája. Ez még valószínűtlenebbé teszi, hogy a puhatestű törékeny belső kalcium-karbonát héja megrepedjen.

A középső réteg fontos alkalmazkodást jelenthet a mélytengeri hidrotermikus szellőzőnyílásokon zajló élethez - mondta Ortiz, a fekete kifújó-kürtők közelében lévő savas víz ugyanis feloldja a kalcium-karbonátot, és így gyorsan megnöveli a töréseket.

Ez a háromrétegű kialakítás kitűnően felhasználható a páncél javítására túlzott súly hozzáadása nélkül

- mondta el Ortiz.

Gyakorlati alkalmazások

Az alkalmazás területei a sisakok, motorkerékpárok és sarkvidéki csővezetékek lehetnek, amelyeknek néha jéghegyek ütköznek óriási olajszennyezéseket eredményezve, és persze a a kézenfekvő haditechnikai alkalmazás - mondta Ortiz. A kutatók tanulmánya a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóirataban (PNAS) jelent meg.

Az is meglepő volt, hogy a csigának, egyedülálló tulajdonságainak dacára nem voltak teljesen egyedi génjei, ugyanezek a gének megtalálhatók más puhatestűekben, például egy tintahalban is.

"Bár nem azonosítottunk új gént, kutatásaink értékes betekintést nyújtanak a gének kombinációjába, amely alapvetően meghatározza egy faj morfológiáját"

- mondta Dr. Qian. 

Egyetlen csiga, rengeteg válasz

A csapat 20 pikkelyes lábú csigát vizsgált az Indiai-óceán mélyéről, a Japán Tengeri és Földi Tudományos és Technológiai Ügynökséggel (JAMSTEC) együttműködve. Azt az elméletet is megvizsgálták, miszerint a földi élet a hidrotermikus kürtők közelében kezdődhetett.

A pikkelyes lábú csiga további megdöbbentő jellemzője derült ki, mikor felfedezték, hogy génszekvenciája gyakorlatilag szinte változatlan maradt egész evolúciója során, az állat ugyanolyan páncélszerű pikkelyekkel létezik több mint 540 millió éve a haslábúak osztályában. Világunk erdőségeiben gyakran kutatnak új gyógyszerek hatóanyagai után, az óceán azonban nagyrészt kihasználatlan maradt ilyen tekintetben, és a kutatók különösen ígéretesnek tekintik a mélytengeri geotermikus kürtők egyedi életformáit. A HKUST csapata úgy véli, hogy munkájuk utat nyithat új típusú gyógymódokhoz is az orvostudomány területén.

Mélytengeri bányászat

A hidrotermális kürtők a mélytengeri bányászat kedvelt célpontjai, a könnyen hozzáférhető és nagy mennyiségben felszínre törő ásványi anyagok és fémek miatt. A nagy bányavállalatok sorban állnak az érintett területek ipari hasznosításáért.

Pikkelyes lábú csigákat mindössze három helyen találtak eddig az óceánokban, és ebből két területre már kiadták a bányászati engedélyeket. Az említette élőhelyek egyenként nagyjából pusztán két focipályányi méretűek. Az egyiken a kínai Chinese Ocean Minerals Resources, Research and Development Association irtja majd a csigákat 2026 és 2030 között, a másikon a német Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, mindkét vállalat a ENSZ Nemzetközi tengerfenék hatósága (United Nations International Seabed Authority - ISA) engedélyével és beleegyezésével - ez a cikk tehát közel áll egy szomorú nekrológhoz.  Ha a bányavállalatok nekikezdenek a kitermelésnek, elég egyetlen balul elsülő próbálkozás, ami felkavarja az üledéket, vagy megsérti a hidrotermális kürtőket, és a csigáknak annyi - mondta el Chong Chen japán mélytengeri biológus. Így hálálja meg az ember, amit a természettől kap.

A mélytengeri bányászati során természetesen lehetetlen elkerülni az üledék felkavarodását, vagy és az könnyedén eltömítheti a csigák kopoltyúit. A tengerfenékről ásványrögök ráadásul az ott élő állatok "vadvilági" környezete, olyan természetes tereptárgyak, melyekre szükségük van a rejtőzködéshez, táplálékszerzéshez, mozgásukhoz, és a szaporodáshoz.

A tengerbiológusok és az IUCN (Természetvédelmi Világszövetség) megállapodtak azokról a követelményekről, melyek szabályozzák, hogy egy adott faj számára hány élőhely álljon rendelkezésre, és hány élőhelyre adható engedély -e bányászatra. Ha az állat létét fenyegeti a bányászat, akkor az IUCN veszélyeztetettnek minősíti, ám ez a kiadott ENSZ engedélyek mellett aligha segít majd a Pikkelyes lábú csigákon, hiszen már régen a Vörös Listán vannak.
A mélytengeri hidrotermális környezet olyan élőhely, melyet csak úgy lehet megóvni, ha érintetlenül hagyják. Az itt élő fajok nem tenyészthetőek és képtelenség visszatelepíteni őket, ha a bányászat miatt elpusztulnak.

(Forrás: NewScientist, Nature, Mirror, Képek: HKUST, JAMSTEC)