กลิ่นคาวของสัตว์ทะเลช่วยปกป้องพวกมันจากแรงกดสูงในทะเลลึก

นักฟิสิกส์ค้นพบว่าสารเคมีที่เรียกว่า TMAO ช่วยให้ปลาทนต่อแรงกดดันใต้ทะเลได้อย่างไร

อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดในการใช้ชีวิตในมหาสมุทรที่ลึกที่สุดไม่ใช่ความหนาวเย็นหรือความมืดมิดตลอดกาล เป็นแรงกดดันที่มาจากการใช้ชีวิตใต้เสาน้ำทะเลลึกหลายกิโลเมตร ทว่าปลาที่ไม่หุ้มเกราะดูบอบบางบางตัวก็อาศัยอยู่อย่างสบาย นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นคำแนะนำว่าเมื่อความลึกของระบบนิเวศที่เป็นน้ำเพิ่มขึ้น สารเคมีชนิดหนึ่งในร่างกายของปลาก็จะเพิ่มขึ้น แต่มันอาจช่วยให้สิ่งมีชีวิตสามารถทนต่อแรงกดดันที่ทำลายกระดูกได้อย่างไรยังคงเป็นปริศนา จนถึงตอนนี้.

การค้นพบครั้งใหม่นี้สอนเราว่าชีวิต “ได้ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง” อย่างไร Lorna Dougan กล่าว เธอเป็นนักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยลีดส์ในอังกฤษ ทีมงานของเธอได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยใหม่ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2565 Communications Chemistry

การเรียนรู้วิธีการทำงานของสารเคมีนี้อาจช่วยในด้านการวิจัยอื่นๆ ที่โมเลกุลของชีวิตต้องทนต่อแรงกดดัน ชีวการแพทย์เป็นตัวอย่างหนึ่ง อุตสาหกรรมอาหารก็อีกแบบหนึ่ง

สารเคมีที่เรียกว่า TMAO ย่อมาจาก trimethylamine (Try-METH-ul-uh-meen) N-oxide คุณอาจไม่เคยได้ยินเรื่องนี้มาก่อน Paul Yancey นักชีววิทยาทางทะเลที่วิทยาลัย Whitman ใน Walla Walla รัฐ Wash กล่าว แต่ “ทุกคนได้กลิ่นที่เคยเห็นที่ตลาดปลา” TMAO เป็นสิ่งที่ทำให้สัตว์น้ำมีกลิ่นคาว

ในปี 2541 ยานซีย์ค้นพบครั้งแรกว่าทำไมปลาถึงมีสารเคมีที่มีกลิ่นเหม็น “เราอยู่ในการสำรวจใต้ท้องทะเลลึก” เขาเล่า ทีมของเขากำลังจับปลาที่ระดับความลึกต่างๆ หลังจากนั้นพวกเขาวัดระดับ TMAO ในกล้ามเนื้อของสัตว์ สปีชีส์ใต้ทะเลลึกมี TMAO มากกว่าสปีชีส์ตื้น

ที่น่าสนใจกว่านั้นคือ ความสัมพันธ์นั้นเป็นเส้นตรง เช่นเดียวกับแรงกด มันเปลี่ยนแปลงในอัตราที่ค่อนข้างคงที่พร้อมความลึก คุณสมบัติด้านสิ่งแวดล้อมมากมายเปลี่ยนแปลงไปตามความลึก Yancey กล่าว แต่ความดันเปลี่ยนแปลงในลักษณะเชิงเส้นนี้เท่านั้น นั่นเป็นลิงค์ที่ดีไปยังข้อมูล TMAO ทีมงานของเขาได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาดังกล่าวใน Journal of Experimental Zoology การศึกษาติดตามผลโดยคนอื่น ๆ ได้ยืนยันสิ่งที่เป็นลางสังหรณ์ของ Yancey ว่าสารเคมีที่มีกลิ่นเหม็นนี้คือการปรับตัวของปลาให้มีความดันสูง

“ฉันไม่ใช่นักเคมีกายภาพ” Yancey กล่าว “ดังนั้นฉันจึงวิเคราะห์กลไกไม่ได้” แต่ในการศึกษาใหม่นี้ ทีมจากอังกฤษได้เลือกสิ่งที่เขาทำค้างไว้ มันใช้ฟิสิกส์เพื่อปลดล็อกการทำงานที่เป็นความลับของโมเลกุลนี้

ภายใต้ความกดดัน แม้แต่น้ำก็ยังแปลกประหลาด

โดยปกติโมเลกุลของน้ำจะเกาะติดกันเหมือนแม่เหล็กขนาดเล็ก พวกมันสร้างโครงสร้างจัตุรมุข (คล้ายพีระมิด) ที่ทำให้น้ำมีคุณสมบัติพิเศษมากมาย ตัวอย่างเช่น มันอธิบายว่าผู้ตีลังกาน้ำสามารถกระโดดข้ามผิวสระน้ำได้อย่างไรโดยไม่จม

แต่แรงกดดันมหาศาลบีบเครือข่ายโมเลกุลของน้ำนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในร่องลึกของมหาสมุทร เป็นที่รู้จักกันในชื่อ Hadal Zone (ตั้งชื่อตามเทพเจ้ากรีก Hades ผู้ปกครองนรก) ที่นั่น ความกดดันนั้น “เทียบเท่ากับช้างที่ยืนอยู่บนนิ้วโป้งของคุณ” Mackenzie Gerringer กล่าว เธอเป็นนักชีววิทยาทางทะเลที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนิวยอร์ก (SUNY) ในเมืองเจเนซีโอ และความกดดันนั้นไม่ได้เพียงแค่กดลงไป มันดันเข้ามาจากทุกด้านเช่นกัน

“น้ำหนักของน้ำผลักโมเลกุลของน้ำให้กลายเป็นโปรตีนและบิดเบือนพวกมัน” Yancey อธิบาย โปรตีนมีรูปร่างสามมิติที่ซับซ้อน และถ้ารูปร่างนั้นบิดเบี้ยว โปรตีนเหล่านั้นก็ “ทำงานได้ไม่ดีนัก” นั่นจะทำให้เกิดปัญหาเนื่องจากโปรตีนเป็น “กลไกสากลของชีวิต” และทีมจากอังกฤษได้แสดงให้เห็นว่า TMAO สามารถปกป้องโปรตีนภายใต้ความกดดันได้อย่างไร

Dougan และทีมของเธอใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองโมเลกุลของน้ำภายใต้ความกดดัน โดยมีและไม่มี TMAO โมเดลนั้นใช้ข้อมูลบางส่วนของ Yancey ที่แสดงให้เห็นว่าระดับ TMAO เพิ่มขึ้นตามความลึกได้อย่างไร

Harrison Laurent เป็นนักฟิสิกส์ในทีมลีดส์ กลุ่มของเขาทำมากกว่าแค่การจำลอง เขากล่าว ทีมงานตรวจสอบว่าแบบจำลองการจำลองนั้นใกล้เคียงกับสิ่งที่ “เกิดขึ้นจริง” กับน้ำที่แรงดันลึกที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

การทำเช่นนี้ กลุ่มใช้เทคนิคที่สองที่เรียกว่าการกระเจิงนิวตรอน พวกเขาทำลายตัวอย่างน้ำด้วยนิวตรอน นั่นคือประเภทของอนุภาคย่อย โดยการวัดว่านิวตรอนกระดอนโมเลกุลของน้ำอย่างไร พวกเขาสามารถเรียนรู้วิธีจัดระเบียบโมเลกุลของน้ำ การกระเจิงของนิวตรอนเป็นสะพานเชื่อมช่องว่างระหว่างการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์กับความเป็นจริง Laurent อธิบายว่า “คุณกำลังจะได้ความละเอียดระดับอะตอม” เขาบอกว่ามันแสดงให้เห็นว่าความเป็นจริงดีแค่ไหนเมื่อเทียบกับข้อมูลแบบจำลองคอมพิวเตอร์เหล่านั้น

เมื่อ TMAO อยู่ในน้ำ มันจับกับโมเลกุลของน้ำ กลุ่มชาวอังกฤษแสดงให้เห็น พันธะนั้นทำให้โครงสร้างของน้ำเสถียร สิ่งนี้ทำให้น้ำไม่แตกและทำให้โปรตีนเสียรูป นั่นสามารถอธิบายได้ว่าทำไมน้ำจึงไม่ทำให้โปรตีนของปลาบิดเบี้ยวอีกต่อไป แม้จะอยู่ภายใต้ความกดดัน น้ำนั้นก็ยังทำตัวราวกับว่าไม่ได้อยู่ภายใต้ความกดดัน

การใช้งานเหนือระดับน้ำทะเล

การศึกษานี้ช่วยให้ “เราเข้าใจข้อจำกัดตามธรรมชาติของชีวิต” Dougan กล่าว แต่การหาว่าโมเลกุลอย่าง TMAO ทำงานอย่างไร อาจมีประโยชน์ในด้านอื่นๆ เช่นกัน

TMAO ได้รับการทดสอบในทางการแพทย์แล้ว Yancey กล่าว อย่างไรก็ตาม การทดลองบางอย่างนั้นค่อนข้างน่าขนลุก ตัวอย่างเช่น ในการศึกษาในปี 2009 นักวิจัยชาวจีนได้ฉีด TMAO เข้าไปในดวงตาของผู้ที่เป็นโรคต้อหิน โรคต้อหินเป็นโรคที่เพิ่มความดันในดวงตา การฉีดช่วยได้ TMAO ลดการเสียรูปของโปรตีนในลูกตา โปรตีนยังคงทำงานตามปกติ และเซลล์ลูกตาที่ปกป้องซึ่งไม่เช่นนั้นอาจตายได้

ตัวอย่างอื่น ๆ ก็มีเช่นกัน การศึกษาในปี 2546 ชี้ให้เห็นว่า TMAO อาจรักษาซิสติกไฟโบรซิส โรคปอดนี้เป็นอีกหนึ่ง “ปัญหาความดัน” Yancey กล่าว มันเป็น “ความกดดันที่แตกต่าง” กว่าใต้ท้องทะเล แต่ TMAO ยังคงช่วยได้ สนับสนุนโครงสร้างของโปรตีนที่มักใช้ไม่ได้กับโรคซิสติกไฟโบรซิส

ทว่าการรักษา TMAO ยังไม่หมดไป และแยนซีย์สงสัยว่าเขารู้ดีว่าทำไม คุณต้องนำ TMAO เข้าสู่ร่างกายของคุณมากจนคุณอาจมีกลิ่นเหมือนปลาเน่า อย่างไรก็ตาม เขากล่าวเสริมว่า ขณะนี้ TMAO ถูกใช้เพื่อทำให้โปรตีนบางชนิดมีเสถียรภาพในห้องปฏิบัติการ

Gerringer จาก SUNY กล่าวว่า “ผู้เขียนได้ทำงานที่ยอดเยี่ยมมากในการขยายสิ่งที่เกิดขึ้นในระดับโมเลกุล และพวกเขาได้แสดงให้เห็นว่าปลาเจริญเติบโตได้อย่างไรในดินแดนที่มีความกดดันสูงเป็นพิเศษ นั่นคือบ้านของหอยทากฮาดัล เป็นหนึ่งในปลาที่มีชีวิตที่ลึกที่สุดในโลก

“เรามักคิดว่าปลาทะเลน้ำลึกมีฟันจริงๆ” เธอกล่าว แต่สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นที่มีสัตว์กินน้ำขนาดใหญ่นั้นเป็นสัตว์ที่ว่ายน้ำในแอ่งน้ำ เมื่อเปรียบเทียบกับปลาเฮดัลที่อาศัยอยู่ที่ลึกกว่า ผู้อยู่อาศัยที่ลึกกว่าเหล่านี้ “น่ารัก… เกือบจะดูบอบบาง” เธอกล่าว และ “พวกมันถูกปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมของร่องลึก [มหาสมุทร] อย่างน่าประหลาดใจและสวยงาม” ตอนนี้เราเข้าใจมากขึ้นว่าพวกเขาทำอย่างนั้นได้อย่างไร

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ hudsonaudioimports.com