Hvordan overlever blinde hulefisk deres miljø med lavt iltindhold?

Cavefish har indlysende tilpasninger såsom manglende øjne og blege farver, der demonstrerer, hvordan de udviklede sig gennem årtusinder i en mørk, underjordisk verden.

Nu siger forskere ved University of Cincinnati, at disse utrolige fisk har en lige så bemærkelsesværdig fysiologi, der hjælper dem med at klare et miljø med lavt iltindhold, som ville dræbe andre arter.

Biologer ved UC's College of Arts and Sciences fandt ud af, at mexicanske hulefisk producerer mere hæmoglobin gennem røde blodlegemer, der er meget større sammenlignet med fisk, der bor på overfladen. Hæmoglobin hjælper kroppen med at transportere ilt og kuldioxid mellem en fisks celler og organer og dens gæller.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Nature-tidsskriftet Scientific Reports . Det viser, hvor meget mere der er at lære om dyr, der har fascineret biologer i 200 år.

"Jeg har været fascineret af disse fisk i lang tid," sagde UC-lektor Joshua Gross.

Cavefish udviklede sig i huler rundt om i verden. Arten UC-biologer undersøgte, Astyanax mexicanus, afveg så sent som for 20.000 år siden fra overfladefisk, der stadig findes i nærliggende vandløb i Sierra de El Abra, Mexico.

Hulefisk er lyserød og næsten gennemskinnelig sammenlignet med deres sølvfarvede modstykker på overfladen. Mens hulefisk har det svageste omrids af rudimentære øjenhuler, har overfladetetraerne enorme runde øjne, der giver dem et evigt overrasket udtryk.

På trods af deres mange åbenlyse fysiske forskelle, anses de to fisk af mange for at være medlemmer af samme art, sagde Gross.

"I modsætning til Charles Darwins finker på Galapagos, der er adskilt på artsniveau, betragtes både hulefisk og overfladefisk som medlemmer af samme art og kan krydses," sagde han.

Det gør dem til et godt modelsystem for biologer til at studere evolutionære og genetiske tilpasninger, sagde Gross.

Gross og hans elever har lært meget om disse forvirrende fisk gennem årene. De fandt ud af, at fiskens kranium er asymmetrisk, hvilket kunne være en tilpasning til at navigere i en verden uden visuelle signaler. Og de identificerede genet ansvarligt for fiskens spøgelsesagtige blege farve. Det er det samme gen, der er ansvarlig for rød hårfarve hos mennesker.

Forskere andre steder har rapporteret, at hulefisk sover mindre end overfladefisk.

Til den seneste undersøgelse undersøgte Gross og UC biologistuderende Jessica Friedman og Tyler Boggs, undersøgelsens hovedforfatter, hæmoglobin i hulefiskblod for at se, om det kunne forklare, hvordan de overlever det iltfattige miljø i dybe underjordiske huler. UC-undersøgelsen undersøgte hulefisk fra tre populationer i mexicanske huler kaldet Chica, Tinaja og Pachón.

Mens hurtigt bevægende overfladevandløb er mættet med ilt, lever hulefisk i dybe huler, hvor stående vand ligger uforstyrret i lange perioder. Undersøgelser har fundet ud af, at nogle af disse stående bassiner har langt mindre opløst ilt end overfladevand.

"De bevæger sig rundt hele tiden, men de har ringe adgang til ernæring," sagde Boggs. "Det er et paradoks. De bruger al denne energi. Hvor kommer den fra?"

Blodprøver afslørede, at hulefisk har mere hæmoglobin end overfladefisk. UC-forskere antog, at hulefisk skal have en højere hæmatokrit - et klinisk mål for det relative bidrag fra røde blodlegemer i fuldblod.

Disse forskere forventede at finde flere røde blodlegemer i hulefisk, "Men de var stort set de samme," sagde Gross. "Vi kunne ikke finde ud af, hvad der foregik."

UC-biologer undersøgte de røde blodlegemer fra begge fisk og fandt ud af, at de fra hulefisk er meget større i sammenligning.

"Denne størrelsesforskel forklarer i høj grad forskellene i hæmatokrit," sagde Gross. "Vi ved meget lidt om mekanismen for cellestørrelse i evolution, så denne opdagelse er noget, vi kunne udnytte for at få indsigt i, hvordan dyr udvikler forhøjet hæmoglobinkapacitet."

Gross sagde, at det forhøjede hæmoglobin kunne give hulefisk mulighed for at fouragere længere i miljøet med lavt iltindhold. Hulefisk skal ofte arbejde hårdere for at finde begrænset mad tilgængelig i hulerne.

Boggs sagde, at forskere er meget interesserede i, hvordan fisk trækker ilt fra vandet. På grund af klimaændringer og menneskelig udvikling oplever marine systemer flere økologiske katastrofer såsom røde tidevand, algeopblomstring, der skaber miljøer med lavt iltindhold, der ofte fører til massive fiskedrab.

"Der er meget økologisk relevans her," sagde han. "Det sker i ferskvandsmiljøer, saltvandsmiljøer. Forskere forsøger at henlede opmærksomheden på dette forfærdelige problem."