Diepzeeduik: bijzondere aanpassingen van ribkwallen aan druk van de oceaanbodem

AmsterdamKamkwal Overleven: Mysteries van de Diepe Zee Onthuld

Kamkwalachtigen, ook wel ctenoforen genoemd, leven in verschillende delen van de oceaan, waaronder diepe gebieden. De diepzee heeft geen licht, zeer koude temperaturen en hoge druk. Onderzoekers van UC San Diego en andere instituten hebben onderzocht hoe ctenoforen in deze omstandigheden kunnen overleven. Ze ontdekten speciale kenmerken in de celmembranen van deze wezens.

Ctenoforen zijn geen kwallen. Ze behoren tot de groep Ctenophora. Deze dieren jagen op voedsel en kunnen zo groot worden als een volleybal. Ze leven in oceanen over de hele wereld, van het oppervlak tot diep in de zee.

Belangrijke bevindingen:

• Ctenoforen hebben unieke lipidestructuren in hun celmembranen.
• Hun lipiden passen zich op een andere manier aan kou en druk aan.
• Deze aanpassing wordt 'homeocurvatuur' genoemd.
• Deze lipiden bevatten plasmalogenen, essentieel voor de hersenfunctie bij mensen.

Celmembranen hebben bepaalde eigenschappen nodig om goed te functioneren. De lagen van lipiden en eiwitten moeten in verschillende omstandigheden vloeibaar blijven. Wetenschappers begrepen al hoe celmembranen zich aanpassen aan kou. Echter, hoe organismen in de diepzee zich aan hoge druk aanpassen, was tot nu toe onbekend.

Itay Budin, een assistent-professor aan UC San Diego, leidde een onderzoek naar ctenoforen samen met een diverse groep onderzoekers. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Science.

Budin had onderzocht hoe E. coli-bacteriën zich aanpassen aan kou. Steven Haddock van MBARI vroeg zich af of ctenoforen zich op een vergelijkbare manier aan hoge druk aanpassen. Nieuwsgierig begonnen Budin en zijn team dit te onderzoeken.

Lees ook:

Vandaag · 07:29

AR-brillen: innovatie voor bredere toepassingen verkennen

Complexe organismen hebben vele soorten lipiden. Bij mensen zijn er duizenden, elk specifiek voor verschillende organen. Het team moest onderscheid maken tussen aanpassing aan kou en aan druk. Hoofauteur Jacob Winnikoff bestudeerde ribkwallen op verschillende diepten en locaties. Hij vergeleek exemplaren die op de bodem van de oceaan bij Californië leefden met die aan de oppervlakte van de Arctische wateren.

Het team ontdekte dat diepzeekamkwallen speciale lipiden hebben die hen helpen overleven onder hoge druk. Deze lipiden zijn namelijk uniek gevormd om te kunnen functioneren in de diepzee. Deze aanpassing, genaamd "homeocurvatuur," stelt de lipiden in staat de druk in balans te houden. Echter, aan de oppervlakte zorgen deze lipiden ervoor dat de membranen uit elkaar vallen, wat leidt tot het uiteenvallen van de kamkwallen.

Plasmalogenen zijn bijzondere lipiden die in de menselijke hersenen voorkomen en waarvan de niveaus dalen bij ziektes zoals Alzheimer. Vanwege deze gelijkenis zijn ribkwallen waardevol voor onderzoek.

Het team van Budin experimenteerde met E. coli bacteriën door een stam te ontwikkelen die plasmalogenen produceert. De gebruikelijke E. coli overleefde de druk niet, maar de aangepaste stam deed het prima. Deze experimenten duurden vele jaren en vereisten samenwerking met verschillende instellingen.

Het lab van Dr. Edward Dennis aan UC San Diego analyseerde lipiden met massaspectrometrie. Bij MBARI verzamelden mariene biologen ctenoforen. Natuurkundigen aan de Universiteit van Delaware gebruikten computersimulaties. Onderzoekers testten hoe membranen zich onder verschillende drukomstandigheden gedroegen.

Budin wil meer te weten komen over hoe cellen de productie van vetten reguleren. Hij vermoedt dat plasmalogenen bijzondere eigenschappen hebben. Inzicht hierin kan nieuwe informatie opleveren over de gezondheid van de hersenen en ziektes. Het team hoopt dat toekomstige studies voortbouwen op hun ontdekkingen.

Onderzoekers van diverse vooraanstaande universiteiten werkten samen aan dit project. Ze ontvingen financiering van nationale en particuliere subsidies, zoals die van de National Science Foundation en NASA. Hun samenwerking leidde tot baanbrekende ontdekkingen over de aanpassingsmechanismen van diepzeewezens en de werking van lipiden.