Наверняка большинство из вас даже не догадывалось о рыбе, у которой кровь прозрачна! В ней нет гемоглобина, эритроцитов и она прозрачна, как вода!

Белокровные рыбы (семейство Channichthyidae): Уникальные обитатели Антарктики

Белокровные рыбы, или ледяные рыбы (семейство Channichthyidae), представляют собой одну из самых удивительных групп позвоночных животных на нашей планете. Эти рыбы получили свое название благодаря уникальной особенности – полному отсутствию красных кровяных телец (эритроцитов) и гемоглобина в крови, что делает их кровь практически бесцветной или слегка желтоватой.

Первые белокровные рыбы были обнаружены в начале XX века во время антарктических экспедиций. Норвежский зоолог Дitleф Rustad впервые описал этих рыб в 1954 году, хотя первые экземпляры были выловлены значительно раньше. Настоящий прорыв в изучении белокровных рыб произошел в 1960-1970-х годах, когда ученые начали детально исследовать их физиологию и биохимию. Открытие полного отсутствия гемоглобина в их крови стало сенсацией в научном мире, поскольку до этого считалось, что гемоглобин является абсолютно необходимым для транспорта кислорода у всех позвоночных.

Семейство Channichthyidae включает 16 видов, объединенных в 11 родов: Chaenocephalus, Champsocephalus, Channichthys, Chionobathyscus, Chionodraco, Cryodraco, Dacodraco, Neopagetopsis, Pagetopsis, Pseudochaenichthys и Chaenodraco. Наиболее изученными являются виды родов Chaenocephalus и Chionodraco.

Белокровные рыбы являются эндемиками Южного океана, окружающего Антарктиду. Их распространение ограничено водами к югу от Антарктической конвергенции, где температура воды круглогодично остается близкой к точке замерзания от -1,9°C до +2°C. Основные районы обитания включают море Росса, море Уэдделла, воды вокруг Южной Георгии и Южных Сандвичевых островов, район Кергеленского плато и воды у берегов Антарктического полуострова. Белокровные рыбы встречаются на глубинах от 5 до 2400 метров, при этом большинство видов предпочитает глубины от 100 до 800 метров. Они обитают как в прибрежных водах, так и в открытом океане, ведя преимущественно донный или придонный образ жизни.

Морфологически белокровные рыбы имеют удлиненное тело длиной от 15 см до 1,7 метра в зависимости от вида. Их внешний вид характеризуется большой головой с широкой пастью, крупными глазами, приспособленными к жизни при слабом освещении, отсутствием чешуи или ее слабым развитием, бледной окраской тела от белой до светло-коричневой, большими жаберными отверстиями и увеличенным сердцем, которое в 3-4 раза больше, чем у других рыб сопоставимого размера.

Главной особенностью белокровных рыб является полное отсутствие красных кровяных телец и гемоглобина – белка, ответственного за транспорт кислорода у большинства позвоночных. Их кровь содержит только плазму с белыми кровяными тельцами (лейкоцитами). Кислород в организме белокровных рыб транспортируется исключительно в растворенном виде в плазме крови. Растворимость кислорода в холодной воде значительно выше, чем в теплой, что делает возможным такой способ дыхания в антарктических условиях.

Для компенсации отсутствия гемоглобина у белокровных рыб развились следующие адаптации. Увеличенный объем крови составляет 4-6% от массы тела, в то время как у обычных рыб только 2-3%. Увеличенное сердце имеет массу в 2-3 раза больше относительно размеров тела. Повышенный сердечный выброс позволяет сердцу перекачивать больше крови за единицу времени. Развитая капиллярная сеть характеризуется увеличенной плотностью капилляров в тканях. Увеличенные жаберные поверхности обеспечивают более эффективный газообмен.

Потеря способности синтезировать гемоглобин у белокровных рыб произошла в результате делеции (удаления) генов, кодирующих α- и β-глобиновые цепи гемоглобина. Эта делеция затронула весь кластер глобиновых генов и произошла приблизительно 8-15 миллионов лет назад. Потеря гемоглобина могла дать следующие преимущества в условиях Антарктики: снижение вязкости крови при низких температурах, поскольку гемоглобин увеличивает вязкость крови, что затрудняет кровоток в холодной воде; экономию энергии, так как синтез гемоглобина требует значительных энергетических затрат, которые можно направить на другие нужды; избежание проблем с оксидативным стрессом, поскольку гемоглобин может катализировать образование токсичных форм кислорода; и адаптацию к высокому содержанию кислорода в холодных антарктических водах.

Одна из гипотез предполагает, что потеря гемоглобина помогла белокровным рыбам справиться с дефицитом железа в антарктических водах. Железо является ключевым элементом гемоглобина, и его недостаток мог стать селективным давлением, способствовавшим эволюционной потере этого белка.

Белокровные рыбы имеют значительно сниженный уровень метаболизма по сравнению с другими рыбами. Их основной обмен составляет лишь 10-34% от ожидаемого уровня для рыб сопоставимого размера. Это является адаптацией к низким температурам и ограниченной способности транспорта кислорода. Как и другие антарктические рыбы, белокровные рыбы производят антифризные гликопротеины (AFGPs), которые предотвращают образование кристаллов льда в их биологических жидкостях при температурах ниже точки замерзания воды. У белокровных рыб развились специальные ферментные системы, адаптированные к функционированию при низких температурах. Многие ферменты имеют измененную структуру, обеспечивающую их активность в холодных условиях.

В экологическом плане белокровные рыбы являются хищниками, питающимися мелкими рыбами, ракообразными (особенно крилем), головоногими моллюсками, полихетами и другими донными беспозвоночными. Их пищевое поведение характеризуется засадным способом охоты из-за ограниченной способности к длительным активным перемещениям. Большинство видов белокровных рыб достигают половой зрелости в возрасте 4-6 лет. Нерест происходит в зимние месяцы с мая по сентябрь. Рыбы откладывают крупные икринки диаметром 4-5 мм на дно, где самцы охраняют кладку до выклева мальков. Белокровные рыбы являются долгожителями, некоторые виды могут жить до 20-30 лет. Медленный рост и низкий метаболизм способствуют их долголетию.

Коммерческий лов белокровных рыб начался в 1970-х годах, когда советские и польские рыболовные флоты начали их добычу в водах Южной Георгии и других районах Южного океана. В настоящее время промысел белокровных рыб регулируется Комиссией по сохранению морских живых ресурсов Антарктики (CCAMLR). Основными объектами промысла являются макрурус белокровный (Champsocephalus gunnari), белокровка Южной Георгии (Pseudochaenichthys georgianus) и ледяная рыба (Chaenocephalus aceratus).

CCAMLR устанавливает строгие квоты на вылов белокровных рыб. Общий допустимый улов варьируется от 3000 до 15000 тонн в год, введены сезонные и районные ограничения, обязательно наличие наблюдателей на промысловых судах. Белокровные рыбы считаются деликатесом в ряде стран. Их мясо имеет белый цвет и нежную текстуру, обладает высокой пищевой ценностью, содержит мало жира и много белка, пользуется спросом на рынках Европы и Азии.

Белокровные рыбы играют важную роль в экосистеме Южного океана, являясь ключевыми хищниками среднего трофического уровня, служа пищей для морских млекопитающих и птиц, участвуя в переносе питательных веществ между различными глубинами. Современные угрозы включают перелов как основную угрозу для популяций белокровных рыб, изменение климата, поскольку потепление антарктических вод может нарушить их уникальные адаптации, окисление океана, так как изменение pH морской воды влияет на всю экосистему, и конкуренцию с другими видами, поскольку вселение новых видов может изменить пищевые цепи.

Меры охраны включают создание морских охраняемых территорий, мониторинг состояния популяций, совершенствование методов оценки запасов и международное сотрудничество в рамках CCAMLR. Белокровные рыбы представляют огромный интерес для медицинских исследований: изучение их адаптаций помогает понять механизмы транспорта кислорода, исследование их ферментов может привести к созданию новых лекарств, их антифризные белки изучаются для медицинских применений. Эти рыбы являются уникальной моделью для изучения эволюционной потери сложных признаков, адаптации к экстремальным условиям и молекулярной эволюции.

Белокровные рыбы представляют собой удивительный пример эволюционной адаптации к экстремальным условиям Антарктики. Потеря гемоглобина – уникальное явление среди позвоночных животных, которое произошло в результате длительной эволюции в условиях постоянно холодных вод Южного океана. Эти рыбы не только являются важным компонентом антарктических экосистем, но и представляют значительный научный и практический интерес. Их изучение помогает понять фундаментальные процессы адаптации живых организмов и может найти применение в различных областях биологии и медицины. Сохранение белокровных рыб требует постоянного мониторинга их популяций и строгого соблюдения мер по устойчивому использованию морских ресурсов Антарктики. Только при таком подходе эти уникальные создания смогут продолжить свое существование в суровых водах южного континента.