Vähälläkin hapella voi pärjätä

Hyppyhämähäkki Euophrys omnisuperstes on onnistunut valloittamaan Himalajan ylärinteet hämähäkeille ominaisten keuhkojen ansiosta.

Ne koostuvat kirjansivujen tavoin päällekkäisistä lehdistä, ja niitä kutsutaankin lehtikeuhkoiksi. Kerrokset kasvattavat keuhkojen pinta-alaa, joten ympäröiviin verisuoniin siirtyy ohuesta ilmasta paljon happea 6 500 metrin korkeudessa.

E. omnisuperstes käyttää ravinnokseen tuulen mukana lentäviä pakastuneita hyönteisiä. Laji pystyy hyppäämään yli 50:tä vartalon pituutta vastaavan matkan. Kun eläin ohjaa verta jalkoihin, ne sinkoavat sen ilmaan, kun verenpaine kohoaa tarpeeksi.

Lue tästä kaikki Suomessa elävistä hämähäkeistä

Muiden lintujen tavoin tiibetinhanhi hengittää ilmapussien avulla. Hemoglobiinin perinnöllisten muutosten ansiosta ilmapussit takaavat vähälukuisten happimolekyylien tehokkaan hyödyntämisen.

Tiibetinhanhet lentävät Intian eteläosista Mongoliaan ja ylittävät Himalajan vuoriston yli 6 000 metrin korkeudessa. Ne pysyttelevät parhaansa mukaan kylmissä tuulissa, missä ilma sisältää enemmän happea.

Jakit selviävät jopa 6 100 metrin korkeudessa. Laji eroaa fysiologisesti ja anatomisesti tavallisista naudoista, joiden yhteisistä edeltäjistä sen kehityslinja erosi 4,9 miljoonaa vuotta sitten.

Tavallisen nautakarjan reaktio vuoriston vähähappiseen ilmaan on hengenvaarallinen verenpaineen nousu.

Perimän muutosten ansiosta saman suvun jakit pystyvät sen sijaan estämään sen. Yleensä happivajaus kiihdyttää punasolujen tuotantoa ja alkaa kohottaa verenpainetta, mutta jakeilla kolme geenimuunnosta vaikuttaa vastaan ja pitää verenpaineen kurissa.

Lisäksi jakeilla hemoglobiini sitoo happea tehokkaammin ja viisi muuntunutta geeniä optimoi ravintoaineiden käytön. Niinpä jakit tulevat toimeen niukemmalla ravinnolla.

Jakit ovat sopeutuneet myös anatomisesti elinympäristöönsä. Niillä on esimerkiksi kaksi ylimääräistä kylkiluuparia. Suureen rintaonteloon mahtuvat hyvin tilavat keuhkot ja iso, jopa 1,5 kiloa painava sydän.

Kalliovuorilla Luoteis-Amerikassa elävät peurahiirut ovat noin kymmensenttisiä hiirimäisiä jyrsijöitä, jotka pärjäävät vielä neljän kilometrin korkeudessa hemoglobiinin tuotantoa ohjaavien perintötekijöiden muuntumisen ansiosta.

Hemoglobiinissa on neljä rautamolekyyliä erityisissä hemitaskuissa, joista kukin voi sitoa yhden happimolekyylin.

Peurahiiruilla on peräti 12 erilaista hemitaskumutaatiota, jotka sekä tehostavat hapen sitoutumista että parantavat hemoglobiinin hapenkuljetuskykyä.

Ruutana voi pysyä elossa viisi kuukautta pohjaan asti jäätyneessä hapettomassa lammessa. Erityisen entsyymin ansiosta se selviää kauan ilman happea.

Ruutanat käyttävät äärimmilleen kehittynyttä keinoa turvatessaan tulevaisuutensa vesistöissä, jotka kärsivät pitkän talven aikana happikadosta.

Järvikalalajilla on mitokondrioissaan erityinen entsyymi, joka mahdollistaa elämän ilman happea. Soluissa glukoosi eli rypälesokeri hajoaa glykolyysiksi kutsutussa prosessissa pyruvaatiksi eli palorypälehapoksi, joka on solun voimaloiden ensisijaisia polttoaineita.

Tavallisesti soluilla on käytössään happea ja PDHc-entsyymi hajottaa pyruvaatin niiksi aineiksi, jotka pitävät yllä normaalia elimistön energiantuotantoa. Sen sijaan kun happea ei ole, solut muuttavat pyruvaatin maitohapoksi, jota syntyy lihasten väsyessä.

Maitohapon jatkuvasta kertymisestä on haittaa soluille, ja jos sitä kertyy tuntikausia, terveys voi vaarantua.

Ruutana pystyy elämään kuukausia ilman happea muuntuneen entsyymin ansiosta. Maitohapon sijasta pyruvaatista syntyy asetaldehydiä eli etanaalia, joka on etanolin (alkoholin) esiaste.

Entsyymi muistuttaa alkoholikäymiseen kykenevän, myös olut- ja viini­hiivana tunnetun, leivinhiivan entsyymejä. Ruutanan tapauksessa alkoholi poistuu verestä kidusten kautta veteen.

Maksan ja lihasten glukoosivarastojen varassa kala selviää pitkän talven yli kärsimättä maitohappomyrkytyksestä.

Pohjoisamerikkalainen metsäsammakko voi pakastua –16-asteiseksi. Vaikka se lakkaa hengittämästä ja sen sydän pysähtyy, se ei kuole.

Kylmänhorroksen aikana soluja suojaavat "pakkasnesteproteiinit", jotka asettuvat kuoreksi jääkiteiden ympärille.

Lisäksi solujen glukoosi laskee elimistön jäätymispistettä – samaan tapaan kuin suolaus pitää märän tien sulana.

Vuonna 2014 tutkijat olivat todistamassa valkopäävalaan sukellusta 2 992,2 metrin syvyyteen. Sukellus kesti yli kaksi tuntia.

Selitys siihen, että nokkavalaisiin kuuluva laji voi pidättää hengitystään tunteja, löytyy sen lihaksista, joissa happi sitoutuu myoglobiini- eli lihaspunaproteiineihin.

Merinisäkkäällä on jopa kymmenen kertaa niin paljon lihaspunaa kuin maanisäkkäillä, joten se voi varastoida lihaksiin runsaasti happea.

Proteiinit voivat paakkuuntua vaarallisesti, mutta valaan lihaspunamolekyylit varautuvat positiivisesti ja hylkivät toisiaan.