משתמשת:Shoshie8/דג קרח

דג הקרח של יונה שייך למשפחת Chanichthyidae שבתת-הסדרה של דגים אנטארקטיים. דגים אלה חיים בדרומם של האוקיינוסים האטלנטי וההודי וכן במים המקיפים את אנטארקטיקה. טמפרטורות המים באזורים אלה יציבות יחסית, בדרך כלל בין 1.8-2 מעלות צלזיוס. במשפחה זאת מוכרים 16 מיני דגים.

בפברואר 2021 גילו מדענים מושבת רבייה של דג הקרח של יונה (Neopagetopsis ionah), המוערכת ב-60 מיליון קינים פעילים על פני שטח של כ-240 קמ"ר בקרקעית ים ודל באנטארקטיקה. ברוב הקינים נמצא דג בוגר יחיד ששמר על מעל 1,700 ביצים.

בול דואר סובייטי משנת 1978 המתאר דג קרח ממין Champsocephalus gunnari

תזונה וגודל הגוף

דגי הקרח הם אוכלי דגים וניזונים בנוסף גם מקריל. הם בדרך כלל טורפים אורבים ויכולים לשרוד תקופות ממושכות בין ארוחה לארוחה. אורך גופו של הדג מגיע עד ל–50 ס"מ.

מערכת הנשימה ומחזור הדם

דמו של דג הקרח חסר צבע. הם בעלי החוליות הידועים היחידים שבדם הבוגרים שלהם אין המוגלובין. יחד עם זה, ניתן למצוא בגנום שלהם שרידים של גנים להמוגלובין. בדרך כלל אין בדמם תאי דם אדומים. החמצן מומס בפלזמה עצמה. הדגים מצליחים לחיות ללא המוגלובין הודות למסיסותו הגבוהה של חמצן במים קרים והודות לקצב חילוף חומרים נמוך. כפיצוי על אובדן המוגלובין, לדגי הקרח יש כלי דם גדולים יותר, נפחי דם פי 4 מאלו של דגים אחרים, לבבות גדולים יותר ותפוקת לב גדולה פי 5 בהשוואה לדגים אחרים. הצמיגות הנמוכה של הדם (חסר התאים האדומים) מאפשרת קצב זרימה גבוה יותר בלחצים נמוכים.

רוב החמצן נספג דרך הזימים ומיעוטו דרך העור.

לליבם של דגים אלה אין עורקים כליליים, ושרירי החדרים ספוגיים מאוד, דבר המאפשר להם לספוג חמצן ישירות מהדם. המיטוכונדריות בלב גדולות ופעילות במיוחד בהשוואה לדגים ..... בעלי דם אדום.

בעבר האמינו כי אובדן המוגלובין הוא הסתגלות לקור העז, שכן המחסור בהמוגלובין ובכדוריות דם אדומות מפחית את צמיגות הדם, שהיא הסתגלות שנראתה אצל מיני בעלי חיים המותאמים לאקלים קר. היום רואים את יתר ההבדלים האנטומיים והפיזיולוגיים בדג הקרח לעומת דגים אחרים דווקא כדרכי התמודדות עם הפגיעה במערכות קשירת החמצן והובלת הדם.

מחקר משנת Corliss et al. (2019) <<<< מעלה השערה אחרת. לפיה, הסביבה בה חיים דגי קרח דלה בברזל, המהווה חלק ממולקולת ההם שבהמוגלובין. לפיכך ויתור על המוגלובין מפחית את התלות בברזל. ואכן נמצאה בדג קרח נגזרת של המוגלובין שאינה מכילה אתרי קשירה לברזל.

... גם מיוגלובין, החלבון קושר החמצן שבשרירים, חסר בשרירי השלד של דג הקרח, אך הוא נמצא בשריר הלב, במיוחד בחדרים.>>>>>

קשרים פילוגנטיים מצביעים על כך שאי-הביטוי של מיוגלובין ברקמת הלב התפתח לפחות ארבע פעמים נפרדות. אובדן חוזר זה מצביע על כך שמיוגלובין לבבי עשוי להיות שריד או אפילו מזיק לדגי הקרח. Sidell and O'Brien (2006) חקרו אפשרות זו. ראשית, הם ביצעו בדיקה באמצעות ספקטרומטריית זרימה עוצרת. הם גילו שבכל הטמפרטורות, חמצן נקשר ומתנתק מהר יותר מדגי הקרח מאשר מיוגלובין של יונקים. עם זאת, כאשר הם חזרו על הבדיקה עם כל אורגניזם בטמפרטורה שמשקפת במדויק את הסביבה המקומית שלו, ביצועי המיוגלובין היו שווי ערך בין דג קרח ליונקים. אז, הם הגיעו למסקנה שמיוגלובין של דג הקרח אינו מתפקד יותר או פחות מהמיוגלובין בקלידים אחרים. משמעות הדבר היא שלא סביר שנבחר נגד מיוגלובין. לאחר מכן, אותם חוקרים ביצעו בדיקה שבה עכבו באופן סלקטיבי מיוגלובין לבבי בדגי קרח עם ביטוי טבעי של מיוגלובין. הם מצאו שמיני דגי קרח שחסרים באופן טבעי מיוגלובין לבבי פעלו טוב יותר ללא מיוגלובין מאשר דגים שמבטאים מיוגלובין לבבי באופן טבעי. ממצא זה מצביע על כך שדגים ללא מיוגלובין לבבי עברו הסתגלות מפצה.

האוקיינוס הדרומי מאופיין בטמפרטורות נמוכות במיוחד אך יציבות במשך 10-14 מיליון השנים האחרונות. הן מאפשרות תכולת חמצן גבוהה יותר במים. יחד עם ערבוב אנכי רב במים, זמינות החמצן במי אנטארקטיקה גבוהה במידה חריגה. בסביבות חמות יותר, אובדן המוגלובין ומיוגלובין יהיה מזיק.

לב וכלי דם

המפתח לפתרון החידה הזו הוא לשקול את הפונקציות האחרות שמבצעים גם המוגלובין וגם מיוגלובין. בעוד שלעתים קרובות מושם דגש ומובן על החשיבות של המוגלובין ומיוגלובין באספקת חמצן ובשימוש, מחקרים עדכניים מצאו ששני החלבונים למעשה מעורבים גם בתהליך פירוק תחמוצת החנקן. זה אומר שכאשר דג הקרח איבד המוגלובין ומיוגלובין, זה לא רק אומר ירידה ביכולת להעביר חמצן, אלא זה גם אומר שרמות תחמוצת החנקן הכוללות עלו. תחמוצת החנקן ממלאת תפקיד בוויסות תהליכים קרדיווסקולריים שונים בדגי הקרח, כגון התרחבות כלי הדם הענפים, נפח שבץ הלב ותפוקת הכוח. הנוכחות של תחמוצת החנקן יכולה גם להגביר אנגיוגנזה, ביוגנזה מיטוכונדריה ולגרום להיפרטרופיה של השרירים; כל התכונות הללו הן מאפיינים של דג הקרח. הדמיון בין ביטוי תכונה מתווכת תחמוצת חנקן לבין תכונות קרדיווסקולריות יוצאות דופן של דג הקרח מצביע על כך שבעוד שתכונות חריגות אלו התפתחו עם הזמן, חלק ניכר מהתכונות הללו היו פשוט תגובה פיזיולוגית מיידית לרמות מוגברות של תחמוצת החנקן, מה שייתכן בתורו הוביל לתהליך של אבולוציה הומאוסטטית. בנוסף, ייתכן שהרמות המוגברות של תחמוצת החנקן שבאו בעקבות איבוד המוגלובין ומיוגלובין למעשה סיפקו פיצוי אוטומטי, המאפשר לדגים לפצות על הפגיעה במערכת הובלת החמצן שלהם ובכך לספק חסד תקופת הקיבעון של התכונות הפחות רצויות הללו.

כל הנ"ל מהערך על המשפחה. יש גם טיוטת ערך על מין הדג (כלי העזר לתרגום): Channichthyidae 1. טבלה (ויקינתונים?) דג הקרח שייך למשפחה Chanichthyidae החיה באוקיינוס הדרומי שסביב אנטארקטיקה. דגי הקרח הם החולייתנים הידועים היחידים שהבוגרים שלהם חסרים המוגלובין . דגי הקרח נמצאים בדרומם של האוקיינוסים האטלנטי וההודי וכן במים המקיפים את אנטארקטיקה. טמפרטורות המים באזורים אלה יציבות יחסית, בדרך כלל בין −1.8 to 2 °C (28.8 עד 35.6 °F) . במשפחה זאת מוכרים 16 מיני דגים.

בפברואר 2021 גילו מדענים גילו ותיעדו מושבת רבייה של דג הקרח ממין Neopagetopsis ionah, המוערכת ב-60 מיליון קינים פעילים על פני שטח של כ-240 קמ"ר בקרקעית ים וודל באנטארקטיקה. ברוב הקנים נמצא דג בוגר אחד יחיד ששמר על מעל 1,700 ביצים.

תזונה וגודל הגוף

דגי הקרח ניזונים מדגים אוֹכֵל דַגִים וכן מקריל . דגי קרח הם בדרך כלל טורפי מארב ויכולים לשרוד תקופות ממושכות בין ארוחותיהם. אורך גופו של הדג מגיע עד ל –50 ס"מ.

מערכת הנשימה ומחזור הדם (בול) (בול) דג הקרח ממין... על בול דואר סובייטי משנת 1978

דמו של דג הקרח הבוגר הוא חסר צבע ואין בו המוגלובין. Channichthyidae הם החולייתנים הידועים היחידים שחסרים המוגלובין כמבוגרים. למרות שהם אינם מייצרים המוגלובין,

ניתן למצוא שרידים של גנים להמוגלובין בגנום שלהם.

בדרך כלל אין בדמם של דגי הקרח תאי דם אדומים כדוריות אדומות. החמצן מומס בפלזמה עצמה. הדגים מצליחים לחיות ללא המוגלובין הודות למסיסותו הגבוהה של חמצן במים קרים והודות לקצב חילוף חומרים נמוך.

גם מיוגלובין, החלבון קושר החמצן שבשרירים, אינו נמצא בשרירי השלד של דג הקרח, אך הוא נמצא בשריר הלב, במיוחד חדרים .

כדי לפצות על אובדן המוגלובין, לדגי הקרח יש כלי דם גדולים יותר (כולל נימים ), נפחי דם גדולים יותר (פי 4 מאלו של דגים אחרים), לבבות גדולים יותר ותפוקת לב גדולה יותר (פי חמישה) בהשוואה לדגים אחרים. הלב שלהם חסר עורקים כליליים, ושרירי החדרים ספוגיים מאוד, מה שמאפשר להם לספוג חמצן ישירות מהדם שהם שואבים. הלבבות, כלי הדם הגדולים והדם בעל הצמיגות הנמוכה (ללא RBC) מתמחים לבצע קצבי זרימה גבוהים מאוד בלחצים נמוכים. זה עוזר להפחית את הבעיות הנגרמות מחוסר המוגלובין. בעבר, עורם חסר האבנית היה מקובל כמסייע בספיגת חמצן. עם זאת, ניתוח עדכני הראה שכמות החמצן הנספגת בעור קטנה בהרבה מזו שנספגת דרך הזימים. מעט החמצן הנוסף שנספג בעור עשוי למלא תפקיד בהשלמת אספקת החמצן ללב, המקבל דם ורידי מהעור ומהגוף לפני שאיבתו אל הזימים. בנוסף, לדגי הקרח יש מיטוכונדריות לב גדולות יותר וביוגנזה מיטוכונדריאלית מוגברת בהשוואה לנוטותניואידים בעלי דם אדום. הסתגלות זו מקלה על אספקת חמצן משופרת על ידי הגדלת שטח הפנים של המיטוכונדריה, והקטנת המרחק בין האזור החוץ תאי למיטוכונדריה.

(דילגתי על חלק מהאבולוציה) מתי התפתח דג הקרח אינו ידוע; הועלו שתי השערות מתחרות עיקריות. הראשון הוא שהם רק בני כ-6 מיליון שנים, המופיעים לאחר שהאוקיינוס הדרומי התקרר באופן משמעותי. השני מצביע על כך שהם מבוגרים בהרבה, 15-20 מיליון שנה

(דילוג) בתחילה האמינו כי אובדן המוגלובין הוא הסתגלות לקור העז, שכן המחסור בהמוגלובין ובכדוריות דם אדומות מפחית את צמיגות הדם, שהיא הסתגלות שנראתה אצל מינים המותאמים לאקלים קר. בהפרכת ההשערה המקורית הזו, ניתוח קודם הציע שהמחסור בהמוגלובין, למרות שאינו קטלני, אינו מסתגל. כל יתרון הסתגלותי הנובע מצמיגות הדם המופחתת מתגבר על העובדה שדג הקרח חייב לשאוב הרבה יותר דם ליחידת זמן כדי לפצות על יכולת נשיאת החמצן המופחתת של הדם שלהם. נפח הדם הגבוה של דג הקרח הוא בעצמו עדות לכך שאיבוד המוגלובין ומיוגלובין לא היה יתרון עבור האב הקדמון של דג הקרח. הפיזיולוגיה הקרדיווסקולרית יוצאת הדופן שלהם, לרבות לב גדול, נפח דם גבוה, צפיפות מיטוכונדריה מוגברת ומיקרו-וסקולטור נרחב, מעידה על כך שדגי הקרח נאלצו לפתח דרכים להתמודד עם הפגיעה במערכות קשירת החמצן וההובלה שלהם.

מחקר אחרון של Corliss et al. (2019) טוענת כי לאובדן המוגלובין יש ערך הסתגלותי. ברזל הוא חומר תזונתי מגביל בסביבות המאוכלסות על ידי דג הקרח. בכך שהם לא מסנתזים יותר המוגלובין, הם טוענים שדג הקרח ממזערים את השימוש בברזל אנדוגני. כדי להדגים זאת, הם השיגו דגימות רשתית של Champsocephalus gunnari וצבעו אותן כדי לזהות המוגלובין אלפא 3'f. הם מצאו ביטוי של המוגלובין אלפא 3'f בתוך כלי הדם ברשתית של Champsocephalus gunnari, מה שהוכיח בפעם הראשונה שיש שעתוק ותרגום מוגבלים של שבר גן המוגלובין בתוך דג קרח. מכיוון ששבר זה של המוגלובין אינו מכיל אתרי קשירה לברזל, הממצא מצביע על כך שהמוגלובין נבחר נגד כדי לשמר ברזל.

אובדן ההמוגלובין קשרים פילוגנטיים מצביעים על כך שאי-הביטוי של מיוגלובין ברקמת הלב התפתח לפחות ארבע פעמים בדידות. אובדן חוזר זה מצביע על כך שמיוגלובין לבבי עשוי להיות שריד או אפילו מזיק לדגי הקרח. Sidell and O'Brien (2006) חקרו אפשרות זו. ראשית, הם ביצעו בדיקה באמצעות ספקטרומטריית זרימה עוצרת. הם גילו שבכל הטמפרטורות, חמצן נקשר ומתנתק מהר יותר מדגי הקרח מאשר מיוגלובין של יונקים. עם זאת, כאשר הם חזרו על הבדיקה עם כל אורגניזם בטמפרטורה שמשקפת במדויק את הסביבה המקומית שלו, ביצועי המיוגלובין היו שווי ערך בין דג קרח ליונקים. אז, הם הגיעו למסקנה שמיוגלובין של דג הקרח אינו מתפקד יותר או פחות מהמיוגלובין בקלידים אחרים. משמעות הדבר היא שלא סביר שנבחר נגד מיוגלובין. לאחר מכן, אותם חוקרים ביצעו בדיקה שבה עכבו באופן סלקטיבי מיוגלובין לבבי בדגי קרח עם ביטוי טבעי של מיוגלובין. הם מצאו שמיני דגי קרח שחסרים באופן טבעי מיוגלובין לבבי פעלו טוב יותר ללא מיוגלובין מאשר דגים שמבטאים מיוגלובין לבבי באופן טבעי. ממצא זה מצביע על כך שדגים ללא מיוגלובין לבבי עברו הסתגלות מפצה.

Reason for trait fix הסיבה לתיקון התכונה? גוגל האוקיינוס הדרומי הוא סביבה לא טיפוסית. מלכתחילה, האוקיינוס הדרומי מאופיין בטמפרטורות קרות במיוחד אך יציבות במשך 10-14 מיליון השנים האחרונות. הטמפרטורות הקרות הללו, המאפשרות תכולת חמצן גבוהה יותר במים, בשילוב עם מידה גבוהה של ערבוב אנכי במים אלו, פירושו שזמינות החמצן במי האנטארקטיקה גבוהה בצורה יוצאת דופן. לאובדן המוגלובין ומיוגלובין יהיו השלכות שליליות בסביבות חמות יותר. היציבות בטמפרטורה היא גם "ברמזית", שכן תנודות חזקות בטמפרטורה יוצרות סביבה מלחיצה יותר שכנראה תנכה אנשים עם מוטציות מזיקות. למרות שרוב המחקרים מצביעים על כך שאובדן המוגלובין בדג הקרח היה תכונה ניטרלית או בלתי מסתגלת שנוצרה עקב אירוע אבולוציוני אקראי, כמה חוקרים הציעו גם שאובדן ההמוגלובין עשוי להיות קשור להסתגלות הכרחית לדג הקרח. רוב בעלי החיים זקוקים לברזל לייצור המוגלובין, ולעתים קרובות ברזל מוגבל בסביבות אוקיינוס. באמצעות איבוד המוגלובין, דגי קרח עשויים למזער את דרישות הברזל שלהם. מזעור זה יכול היה לסייע להישרדות דגי הקרח לפני 8.5 מיליון שנים כאשר המגוון הארקטי צנח בצורה דרמטית.

פיזיולוגיה קרדיווסקולרית המפתח לפתרון החידה הזו הוא לשקול את הפונקציות האחרות שמבצעים גם המוגלובין וגם מיוגלובין. בעוד שלעתים קרובות מושם דגש ומובן על החשיבות של המוגלובין ומיוגלובין באספקת חמצן ובשימוש, מחקרים עדכניים מצאו ששני החלבונים למעשה מעורבים גם בתהליך פירוק תחמוצת החנקן. זה אומר שכאשר דג הקרח איבד המוגלובין ומיוגלובין, זה לא רק אומר ירידה ביכולת להעביר חמצן, אלא זה גם אומר שרמות תחמוצת החנקן הכוללות עלו. תחמוצת החנקן ממלאת תפקיד בוויסות תהליכים קרדיווסקולריים שונים בדגי הקרח, כגון התרחבות כלי הדם הענפים, נפח שבץ הלב ותפוקת הכוח. הנוכחות של תחמוצת החנקן יכולה גם להגביר אנגיוגנזה, ביוגנזה מיטוכונדריה ולגרום להיפרטרופיה של השרירים; כל התכונות הללו הן מאפיינים של דג הקרח. הדמיון בין ביטוי תכונה מתווכת תחמוצת חנקן לבין תכונות קרדיווסקולריות יוצאות דופן של דג הקרח מצביע על כך שבעוד שתכונות חריגות אלו התפתחו עם הזמן, חלק ניכר מהתכונות הללו היו פשוט תגובה פיזיולוגית מיידית לרמות מוגברות של תחמוצת החנקן, מה שייתכן בתורו הוביל לתהליך של אבולוציה הומאוסטטית. בנוסף, ייתכן שהרמות המוגברות של תחמוצת החנקן שבאו בעקבות איבוד המוגלובין ומיוגלובין למעשה סיפקו פיצוי אוטומטי, המאפשר לדגים לפצות על הפגיעה במערכת הובלת החמצן שלהם ובכך לספק חסד תקופת הקיבעון של התכונות הפחות רצויות הללו.