Et internasjonalt team basert ved University of Cambridge og Wellcome Sanger Institute i Storbritannia, Universitetet i Oslo i Norge samt institutter i Nederland, Sveits og USA har sekvensert genomene til 24 antarktiske fiskearter. Arbeidet deres, publisert i Naturkommunikasjonutforsker hvordan disse fiskene overlever i Sørishavet under null og kaster lys over evolusjonshistorien til disse ikoniske dyrene.

Notothenioider er en unik gruppe fiskearter. De lever i det kalde vannet under isen i Antarktis, stort sett isolert fra resten av den marine verden av en sirkulær strøm rundt kontinentet. Notothenoider har utviklet frostvæskeproteiner som lar dem overleve vanntemperaturer, som kan nå -2°C – et fiendtlig miljø for de fleste arter. En undergruppe av notothenioider – kalt «isfisk» har mistet sine oksygenbindende hemoglobinproteiner, noe som gjør dem til det eneste virveldyr som er kjent for å ikke ha røde blodceller.

Forskerne sekvenserte genomene til 24 arter av notothenioid fisk. Disse nye genomiske dataene ble generert ved hjelp av de nyeste langleste teknologiene, som gjorde det mulig for teamet å bestemme sekvensen av komplekse og repeterende regioner av DNA i genomet som ikke var mulig å dechiffrere før. Ved å bruke disse nye dataene utforsker de den evolusjonære historien til notothenioids og mekanismene som fremmer tilpasning til ekstrem kulde. De viser at kaldharde notothenioider delte seg fra andre arter for rundt 10,7 millioner år siden, noe som er nyere enn tidligere antatt, og mange nye arter begynte å utvikle seg raskt for omtrent 5 millioner år siden.

Flere genomiske egenskaper bidro til overlevelsen og etableringen av denne gruppen. Forskerne oppdaget at størrelsen på genomet doblet seg i arter spesialiserte på ekstrem kulde, for eksempel familien Channichthyidae eller «isfisk». Denne utvidelsen i genomstørrelse skyldtes en stor økning i antall genomiske elementer kalt transposoner som har evnen til å kopiere seg selv inn i nye posisjoner i genomet og potensielt kan introdusere nye funksjoner.

Samtidig gikk funksjoner som normalt anses som essensielle for overlevelse, som produksjon av hemoglobin, tapt i «isfisken».

«Overlevelse i et så tøft miljø krever ekstra kompensasjon fra kroppen, og disse fiskene har utviklet spesielle proteiner som fungerer som frostvæske for å forhindre at de fryser.

Disse fiskene er de eneste virveldyrene som er kjent for å ha mistet hemoglobinet fullstendig og blodet deres er hvitt. Dette er bemerkelsesverdig fordi hemoglobiner er nødvendig for å transportere oksygen gjennom kroppen; deres tap i isfisk er bare mulig fordi oksygen løses bedre opp i vann ved svært lave temperaturer og på grunn av ytterligere genomiske og fysiologiske tilpasninger.

Dr Iliana Bista,hovedforfatter av artikkelen, i samarbeid med Naturalis Biodiversity Center, Nederland og Wellcome Sanger Institute

«Notothenioid fisk lever på grensen for levedyktighet. Å sekvensere en stor samling av deres genomer gir innsikt i hvordan de utviklet seg for å overleve der og støtter vår forståelse av et kritisk økosystem. Denne studien er et utmerket eksempel på hvordan fremskritt innen genomikk revolusjonerer vår evne til å forstå biologisk mangfold rundt om i verden.

Professor Richard Durbin,senior forskningsforfatter, Wellcome Sanger Institute og University of Cambridge