Щоб не задихнутися взимку в безкислородній воді, карасі перетворюють глюкозу на спирт.
Як відомо, кисень потрібен для отримання енергії. Основним джерелом енергії служить глюкоза; якщо її мало, печінка зробить її з амінокислот або з гліцерину (який, у свою чергу, можна отримати з жирів-тригліцеридів).
Коли клітина розщеплює молекулу глюкози, щоб витягти енергію, що міститься в її хімічних зв'язках, то глюкоза спочатку проходить через довгий ланцюжок біохімічних реакцій, званий гліколізом. На цьому етапі глюкоза розщеплюється до залишку пировиноградної кислоти, або пірувата. Якщо кисень є, то піруват відправляється в цикл Кребса, де за допомогою кисню і величезної кількості ферментів окисляється до вуглекислого газу.
Якщо ж кисню немає, піровиноградна кислота, що утворилася в результаті гліколізу, перетворюється на молочну кислоту, або лактат. Молочна кислота пригнічує реакції гліколізу, так що в безкислородних умовах клітина швидко гине - її біохімічна фабрика з виробництва енергії зупиняється.
Деякі мікроби, які пристосувалися жити в анаеробних, тобто безкислородних, умовах, знайшли тут різні обхідні шляхи, але звичайна, «середньостатистична» тваринна клітина без кисню не виживе - її задушать продукти гліколізу.
Але деякі тварини все ж зуміли обзавестися різного роду метаболічними хитрощами, які дозволяють їм справлятися з браком кисню. Не так давно ми писали про голі землекопи, у яких біохімічна фабрика з виробництва енергії продовжує працювати навіть при надлишку молочної кислоти. У критичних умовах ці гризуни використовують іншу вуглеводну молекулу як енергетичний ресурс - ферменти, які її розщеплюють, не звертають уваги на лактат. І є приклад золотих рибок і їх найближчих родичів карасів.
І золоті рибки, і звичайні карасі чудові тим, що здатні довго обходитися без кисню - довше, ніж будь-які інші хребетні тварини. У статті в Scientific Reports дослідники з Університету Осло і Ліверпульського університету пишуть, що риби з роду карасів навчилися збражувати глюкозу в спирт - подібно до того, як це роблять дріжджі.
Розщеплення цукру до утворення пировиноградної кислоти відбувається у них, як зазвичай, але потім піруват перетворюється не в молочну кислоту, а в етанол і вуглекислий газ. Спирт теж не дуже безпечний продукт, але його, на відміну від молочної кислоти, легко можна вивести назовні через жабри. У підсумку, як і у голих землекопів, фабрика з видобутку енергії продовжує працювати - їй ніщо не заважає, її ніщо не інгібує.
У карасів в організмі дійсно накопичується багато спирту - його рівень може досягати 50 мг на 10 мл, особливо, якщо навколо зима, а сам карась живе у водоймі де-небудь на півночі Європи. Раніше вважалося, що спирт виходить в результаті, скажімо так, невеликих відхилень від основного метаболічного шляху розщеплення глюкози. Але, як показали Кетрі Фагернес (Cathrine E. Fagernes) і її колеги, у карасів є додатковий набір ферментів, які дозволяють спеціально виконувати «спиртні» реакції.
Багато мільйонів років тому у предків карасів подвоїлися гени, що відповідають за останні стадії гліколізу. Нові копії стали змінюватися поступово в ході еволюції. Вони як і раніше займалися перетвореннями пировиноградної кислоти, але тепер вони не відправляли її в подальші реакції циклу Кребса, а перетворювали на етанол.
У звичайних умовах, коли кисню достатньо, працює основний метаболічний шлях, але коли кисню стає мало, у карасів включаються «спиртні» гени. У результаті риби можуть прожити кілька місяців без кисню взагалі - лише б вистачило вуглеводних запасів у печінці.
Зрозуміло, що з таким метаболічним вивертом вони можуть жити в північних водоймах, які взимку надовго покриваються суцільним льодом, і не боятися ніяких хижаків - ці, на відміну від карасів, тут просто-напросто задихнуться.