Krokodili in aligatorji imajo sposobnost, da pod vodo zdržijo dolgo časa. To nekaterim vrstam znotraj njihovega rodu omogoča, da plenijo velike sesalce, kot so recimo zebre – te z močnimi čeljustmi zgrabijo, odvlečejo v vodo in jih utopijo. Pa vendar, tokrat znanstvene skupine ni zanimalo plenilsko vedenje krokodilov in aligatorjev ali njihovo prehranjevanje. Preučevala je, katere spremembe v krvnem barvilu hemoglobinu so tej skupini vretenčarjev omogočile, da pod vodo zadržujejo dih tudi po več ur. Svoje ugotovitve je objavila v znanstveni reviji Current Biology. 

Več kisika ko se veže na krvno barvilo hemoglobin ob vdihu, bolj učinkovit je ta vdih. Hemoglobin pa ne veže kisika vedno enako močno, saj je jakost vezave med drugim regulirana z različnimi molekulami. Pri večini vretenčarskih skupin vezavo kisika na krvno barvilo regulirajo molekule z organskim fosfatom, denimo ATP. Ob vezavi fosfatne skupine na hemoglobin se iz slednjega sprosti kisik. Lastnost, da krokodili in aligatorji dalj časa zdržijo pod vodo brez ponovnega vdiha ali izdiha, pa dosedanje študije pripisujejo drugačnemu načinu regulacije krvnega barvila v rdečih krvničkah. Namesto organskega fosfata se na hemoglobin veže bikarbonat – oblika ogljikove kisline, ki med drugim skrbi za pH krvi, nastaja pa iz ogljikovega dioksida. Dlje so krokodili pod vodo, več bikarbonata bo nastalo, več molekul se bo vezalo na hemoglobin in več kisika se bo postopoma sprostilo.

Postopno sproščanje kisika iz hemoglobina zaradi vezave bikarbonata je pridobitev, značilna le za krokodile in aligatorje. Raziskovalna skupina je zato opazovala mutacije v aminokislinskem zaporedju hemoglobina pri zadnjem predniku sodobnih krokodilov in aligatorjev, njegovi sestrski skupini – zadnjem skupnem predniku ptic, ter predniku obeh omenjenih skupin. Doslej so v podobnih študijah primerjali zaporedja le z danes živečimi skupinami organizmov. S primerjanjem preteklih obstoječih zaporedij so lahko določili najverjetnejše možne mutacije in njihovo sosledje ter jih načrtno uvajali v izbrana hemoglobinska zaporedja. 

Z rekonstrukcijo različnih molekul hemoglobinov so

znanstvenice in znanstveniki pokazali, da je le hemoglobin sodobnih krokodilov občutljiv na bikarbonat, hkrati pa mu manjka vezavno mesto za fosfat. Nadalje so ugotovili, da za izgubo vezavnih mest za organski fosfat niso nujne le mutacije v zaporedjih, ki kodirajo vezavna mesta, kot so domnevali do zdaj. Za popolno izgubo občutljivosti na fosfatno skupino so potrebne mutacije na mestih, ki niso blizu vezavnemu mestu. Na enak način – z mutacijami na mestih, ki določajo funkcijo proteina, in mutacijami v okoliškem zaporedju – so krokodili in aligatorji pridobili vezavno mesto za bikarbonat. 

Raziskovalna skupina sklepa, da mutacije, ki sprva nimajo neposrednega vpliva na sámo funkcijo proteina, omogočajo naknadne spremembe v občutljivosti hemoglobina na fosfat ali bikarbonat. Določenih 21 mutacij so poskušali uvesti tudi v človeški hemoglobin, vendar v danem primeru te niso privedle do spremembe v njegovi funkciji. Za razumevanje spreminjanja funkcij proteinov je torej pomembno upoštevati tudi njihovo evolucijsko ozadje, nekatere pridobljene prednosti, kot je večurni potop v vodo brez potrebe po vdihu, pa ne glede na korist niso dostopne kar vsem vretenčarskim organizmom. 

Spremembe v zaporedjih je spremljala Klara.

Naslovna slika: livingxfile,  Public Domain Mark 1.0