В ледяных водах вокруг Антарктиды обитают рыбы, кровь которых почти не имеет привычного красного цвета. Представители семейства белокровных рыб, или Channichthyidae, обходятся без гемоглобина — белка, который у большинства позвоночных переносит кислород. Эта особенность делает их исключением среди известных позвоночных животных.
Красный цвет крови человека и большинства рыб связан с гемоглобином внутри эритроцитов. У антарктических белокровок во взрослом состоянии нет обычных функциональных красных кровяных клеток и гемоглобина. Поэтому их кровь выглядит светлой, полупрозрачной, иногда почти бесцветной.
Отсутствие гемоглобина не означает, что ткани этих рыб не нуждаются в кислороде. Газ поступает из воды через жабры, а затем переносится кровью в растворённом виде. Такой способ гораздо менее эффективен, чем транспорт кислорода с помощью гемоглобина.
Исследования показывают, что способность крови белокровных рыб переносить кислород составляет менее одной десятой от показателя близких антарктических рыб с красной кровью. Для большинства позвоночных такая потеря была бы несовместима с обычной жизнедеятельностью. Белокровки выживают благодаря сочетанию особенностей организма и среды обитания.
Вода Южного океана очень холодная и хорошо насыщается кислородом. При низкой температуре в ней может растворяться больше этого газа, чем в тёплой воде. Постоянное перемешивание океанских вод также помогает поддерживать его доступность для морских животных.
Сердце у белокровных рыб относительно крупное, а объём циркулирующей крови повышен. Широкие сосуды и развитая сеть капилляров позволяют перемещать большие количества плазмы к органам и мышцам. Благодаря этому ткани получают необходимый кислород даже без гемоглобина.
Однако такая система не является бесплатной с точки зрения энергии. Сердцу приходится перекачивать значительно больше крови, чем у родственных рыб с обычным кислородным пигментом. Учёные подчёркивают, что отсутствие гемоглобина нельзя считать доказанным преимуществом для экономии энергии.
Утрата способности производить гемоглобин связана с изменениями генов, отвечающих за его образование. Генетические исследования выявили у белокровок потерю или повреждение соответствующих участков ДНК. Точная последовательность эволюционных событий продолжает изучаться.
Не все рыбы Антарктики обладают светлой кровью. Многие представители той же крупной группы нототениевидных сохраняют эритроциты и гемоглобин. Особенность характерна именно для семейства белокровных рыб, а не для всех обитателей полярных морей.
Ещё одна необычная черта антарктических рыб — белки-антифризы, препятствующие росту кристаллов льда в жидкостях организма. Такие вещества встречаются и у краснокровных родственников белокровок. Поэтому отсутствие гемоглобина и защита от замерзания — разные биологические особенности.
У некоторых белокровок также отсутствует миоглобин — белок, помогающий запасать и перемещать кислород в мышечных тканях. При этом другие виды семейства сохраняют миоглобин в сердечной мышце. Это показывает, что даже внутри одной необычной группы существуют заметные различия.
Учёные рассматривают белокровок как пример того, насколько сильно строение кровеносной системы может измениться в процессе эволюции. Они помогают исследовать роль кислородных пигментов, сосудов и сердечной мышцы. Такие наблюдения важны прежде всего для фундаментальной физиологии.
Изменение температуры Южного океана представляет отдельный научный вопрос. При потеплении вода обычно удерживает меньше растворённого кислорода, а потребности животных в нём могут меняться. Насколько успешно разные виды белокровок приспособятся к новым условиям, зависит от многих факторов и пока не имеет однозначного ответа.
Таким образом, светлая кровь антарктических ледяных рыб — не признак отсутствия кровообращения, а результат потери гемоглобина. Кислород у них переносится растворённым в плазме, а необычно развитая сердечно-сосудистая система компенсирует низкую эффективность такого транспорта. Существовать подобная стратегия позволяет прежде всего холодная, богатая кислородом морская среда.