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 og er en slektning av gullfisken. 

Både gullfisk (Carassius auratus) og karuss (Carassius carassius) har nemlig den evnen at de kan overleve lenge uten oksygen. Faktisk kan de leve uten oksygen i opptil fire– fem måneder. Det som setter grensen for hvor lenge de klarer seg, er ikke oksygen, men hvor mye sukker (glykogen) 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.

• Les også: Makrellstørja gjør comeback med stil

Karussen er tilpasset et liv med lite oksygen

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 tilstrekkelig lys til fotosyntese og da blir det ikke produsert 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 for lite energi. De har nemlig ikke evnen til å regulere ned energiprosessene i kroppen, men det kan karussen, forteller Cathrine Fagernes, som er en av forskerne bak studien.

– Den har svært lav kritisk oksygengrense. Der hvor andre arter sliter, er det fremdeles ikke kritisk for gullfisken. 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 cirka 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.

– Vi ser også at noen av disse genene forsvinner etter hvert. 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.

• Les også: Med disse leppene kan fisken spise koraller

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.

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, 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. Den skjer ikke bare i leveren, men også i musklene. Mens vi mennesker bryter ned alkoholen, produserer karussen i stedet etanol. Genvarianten i musklene er en annen en den i leveren, og den gjør den mer alkoholproduserende.

– 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 cirka der vi er etter to halvlitere med øl, forklarer Fagernes.

• Les også: Lys avgjør hvor dypt småfisken svømmer

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 evnen 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.

• Les også: Meir miljøgifter i villaks enn i oppdrettslaks

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 for eksempel slag eller hjerteinfarkt synker oksygennivået i bestemte deler av vevet. 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. Karussen 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.

Referanse:

Cathrine E. Fagernes m.fl: Extreme anoxia tolerance in crucian carp and goldfish through neofunctionalization of duplicated genes creating a new ethanol-producing pyruvate decarboxylase pathway. Scientific Reports. 2017. DOI: 10.1038/s41598-017-07385-4