Artikkel

Gullfisk lager alkohol av melkesyre for å klare seg uten oksygen

Gullfisk kan omdanne melkesyre til alkohol når oksygen-nivået blir lavt. Den kan få en promille opp mot 0,5
Gullfisk kan få en promille på rundt 0,5 om vinteren når det er lite oksygen i vannet. Foto: Colourbox

Gullfisk lager alkohol av melkesyre for å klare seg uten oksygen

Melkesyre oppstår gjerne når du trener så hardt at musklene ikke får nok oksygen. Gullfisken har en unik strategi for å klare seg med lite oksygen: Den omdanner melkesyren til alkohol!

Se for deg at du har vært på en heftig spinningtime. Svetten renner, og du hiver etter pusten – så kjenner du at musklene surner. Dette er melkesyre. Musklene produserer melkesyre når de må skaffe seg energi uten å bruke oksygen.

Vi mennesker klarer oss ikke særlig lenge uten oksygen, og melkesyren er kroppens nødløsning, men selv med denne nødløsningen klarer vi ikke å yte mange sekunder med hardkjør. Det samme gjelder for de fleste levende organismer, men det finnes noen unntak.

De dødes tjern

Når isen legger seg over kalde innsjøer, går mange dyr og insekter i dvale. Isen fungerer som et lite lokk over innsjøen, og i løpet av vinteren blir det mindre og mindre oksygen. Fiskere som har satt ut fisk i små innsjøer, ser ofte at de ikke overlever, men det er én fiskeart som har tilpasset seg lange vintre, med lave temperaturer og svært lite oksygen i vannet.

Denne fisken heter karuss (Carassius carassius) og er en slektning av gullfisken (Carassius auratus). Både gullfisk og karuss har nemlig den evnen at de kan overleve lenge uten oksygen. Faktisk kan de leve uten oksygen i opp til fire-fem måneder. Det som setter grensen for hvor lenge de klarer seg, er ikke oksygen, men hvor mye glykogen (sukker) de har lagret i leveren. Oksygenet klarer de seg uten ved å omdanne melkesyre til etanol, samme typen alkohol som finnes i vin og øl.

Karussen er tilpasset et liv med lite oksygen

Cathrine Fagernes
Fiskene får en promille på rundt 0,5, forteller Cathrine Fagernes. Foto: UiO

Karussen lever i to typer habitater. Det første er en stor innsjø med gjedde og andre arter. Den andre typen habitat er små, grunne vann og tjern som blir dekket av is. Det er nok til at det ikke blir nok lys til fotosyntese, og da blir det ikke produsert noe oksygen. Eventuelle andre fisker vil dø ganske fort.

- Vanlige fisker når et oksygen-kritisk nivå mye tidligere, og da begynner de med melkesyreproduksjon, det gir lite energi. De har ikke evnen til å regulere ned energiprosessene i kroppen, men det kan karussen, forteller Cathrine Fagernes, som er førsteforfatter bak studien.

- Den har svært lav kritisk oksygengrense. Der hvor andre arter sliter, er det fremdeles ikke kritisk for karuss. Da kan den svømme videre og se etter oksygenlommer i vannet. Når det er helt tomt for oksygen, går den over til å produsere melkesyre.

Tilfeldige endringer i genene

For ca. åtte millioner år siden skjedde det en tilfeldig endring i genene hos forfaderen til gullfisken og karussen: Hele genomet doblet seg, og den fikk to av alle gener.

- Hvordan har fisken fått gener for alkoholproduksjon?

- Vi vet ikke helt hvorfor eller hvordan, men vi ser at det skjedde en dobling av alle genene, forklarer Fagernes.

- Vi ser også at noen av disse genene forsvinner etterhvert. Av og til, slik som hos gullfisken og karussen, ser vi at det ene ekstra genet muterer og får nye funksjoner. Det er trolig dette som har gitt disse artene egenskapen å omdanne melkesyre til alkohol for å overleve uten oksygen.

Når musklene surner, er det melkesyre

Når en fisk eller et dyr må skaffe energi uten oksygen, dannes det melkesyre. Hos de fleste arter, mennesker inkludert, kan denne melkesyren hope seg opp om vi ikke får luft. Store opphopninger av melkesyre kan være skadelig.

Melkesyren i seg selv er ikke et farlig stoff, men det er det faktum at det er en syre. Hvis kroppen ikke klarer å kvitte seg med denne syren, vil den kunne hope seg opp gjøre stor skade, og i verste fall er det dødelig.

- Vi ser dette hos fisk som er satt ut i vann hvor det blir lite oksygen om vinteren. Der får de en opphopning av melkesyre, og det er dette som er farlig, ikke egentlig mangelen på oksygen. Derfor er det en veldig god egenskap å kunne omdanne melkesyre til for eksempel alkohol, sier Fagernes.

Vil du ha flere forskningsnyheter om realfag og teknologi? Abonner på vårt ukentlige nyhetsbrev(link is external) eller følg oss på Facebook.

Har promille hele vinteren

Det viser seg at evnen til å lage alkohol ikke er den eneste gunstige egenskapen karussen og gullfisken fikk av gen-doblingen. Vanligvis er det slik at alkohol brytes ned i leveren, og det gjelder også hos fisk, inkludert karuss, men det enkleste for den er å la alkoholen sive ut i vannet gjennom gjellene.

- Karussen er ikke så flink til å bryte ned alkohol, og det er rett og slett fordi alkoholen forsvinner ut gjennom gjellene. Vi har jo ikke gjeller, så vi må kunne bryte ned alkohol, forklarer Fagernes. 

Alkoholnedbrytningen er spesiell hos karussen. De har dehydrogenase ikke bare i leveren, men også i musklene. Den foretrekker å gå i motsatt retning av det som skjer i mennesker. Vi bryter den ned, mens her produseres i stedet etanol. Genvarianten i musklene er en annen en den i leveren, og den gjør den mer alkohol-produserende.

- Hvor høy promille kan disse fiskene få om vinteren?

- De står helt stille og bruker veldig lite energi om vinteren, så det blir ikke produsert så mye, men vi har kommet fram til at promillen ligger på rundt 0,5, altså ca. der vi er etter to halvlitere med øl, forklarer Fagernes.

Alkoholholdige innsjøer?

Ettersom alkoholen forsvinner ut via gjellene, vil dette samle seg opp i innsjøen over tid.

- Hva skjer hvis man drikker dette vannet? Er det målbare mengder alkohol?

- Vi har ikke målt alkoholnivået i vannet, og i et tjern vil det nok ikke være så mye, men når vi har gjort forsøkene våre, lukter det alkohol idet vi åpner boksen, forteller Fagernes.

Skilpadder går i koma

- Finnes even til å produsere alkohol hos andre levende organismer?

- Å omdanne melkesyre til alkohol finnes hos gjærsopp, karuss og gullfisk. Når det er sagt, finnes det flere organismer som kan tåle lave oksygennivåer, for eksempel skilpadder i Nord-Amerika som går inn i koma. De produserer også melkesyre, men de bruker bikarbonat i skallet til å nøytralisere syren. Derfor kan de overleve selv om de ikke blir kvitt melkesyre på samme måte.

Nyttig for medisinsk forskning

Modeller for hypoksi (lave oksygennivåer) og anoksi (null oksygen) blir mye brukt i medisinsk forskning. Dyr som tåler dette, kan derfor være gode modeller for å forstå hva som skjer når oksygennivåene synker. Ved slag eller hjerteinfarkt synker oksygennivået i bestemte deler av vevet, og da er det viktig å forstå akkurat hva som skjer og hvordan det kan hindres eller leges på best mulig måte.

Vi mennesker har mange av de sammen enzymene som denne fisken. Når enzymer knyttet til metabolisme slutter å fungere, blir vi svært syke. Et eksempel på dette er Leigh syndrom, hvor kroppen ikke lenger klarer å skaffe energi på normal måte. Karuss en gjør det mulig å undersøke hva som skjer fordi de samme enzymene er involvert i energiproduksjon hos karuss som hos mennesker, selv om den altså har en fordelaktig dobling av antall gener.

- Dette er grunnforskning, men det er likevel interessant for medisinsk forskning og for forskning på fisk og økologi, og det å forstå artstilpasning generelt. Jeg har fokusert mest på karuss, men gullfisk er jo vanlig som kjæledyr, og det er en grunn til at den er så populær. Det er fordi du kan ha den i en bolle uten å ha noen tilførsel av luft slik andre fisker må ha, forklarer Fagernes.

Les hele artikkelen her:

Cathrine E. Fagernes, Kåre-Olav Stensløkken, Åsmund K. Røhr, Michael Berenbrink, Stian Ellefsen and Göran E. Nilsson. Extreme anoxia tolerance in crucian carp and goldfish through neofunctionalization of duplicated genes creating a new ethanol-producing pyruvate decarboxylase pathway. Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-017-07385-4

Kontakt:

Cathrine Fagernes er førsteforfatter bak studien

Göran E. Nilsson har vært veileder

Mer på Titan.uio.no:

Tags: 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Atle Mysterud håper at skrantesyken hos rein ikke har spredd seg til Hardangervidda

Frykter skrantesyke-mareritt på Hardangervidda

Jegere har begynt nedskytingen av ca. 2000 villrein i Nordfjella, for å hindre at skrantesyken sprer seg, velter reinsdyrnæringen og ødelegger alle norske villreinstammer. – Dette er det mest dramatiske jeg noensinne kommer til å oppleve i min forskerkarriere, sier professor Atle Mysterud.