Grotvissen hebben duidelijke aanpassingen zoals ontbrekende ogen en bleke kleuren die laten zien hoe ze zich gedurende millennia hebben ontwikkeld in een donkere, ondergrondse wereld.

Nu zeggen onderzoekers van de Universiteit van Cincinnati dat deze ongelooflijke vissen een even opmerkelijke fysiologie hebben die hen helpt om te gaan met een zuurstofarme omgeving die andere soorten zou doden.

Biologen van het UC's College of Arts and Sciences ontdekten dat Mexicaanse grotvissen meer hemoglobine produceren via rode bloedcellen die veel groter zijn in vergelijking met die van oppervlaktevissen. Hemoglobine helpt het lichaam zuurstof en koolstofdioxide te transporteren tussen de cellen en organen van een vis en zijn kieuwen.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Scientific Reports . Het laat zien hoeveel meer er te leren valt over dieren die biologen al 200 jaar intrigeren.

"Ik ben al heel lang gefascineerd door deze vissen", zegt UC universitair hoofddocent Joshua Gross.

Cavefish evolueerde in grotten over de hele wereld. De soort die UC-biologen onderzochten, Astyanax mexicanus, divergeerde pas 20.000 jaar geleden van oppervlaktevissen die nog steeds worden gevonden in nabijgelegen beken in Sierra de El Abra, Mexico.

Grotvissen zijn lichtroze en bijna doorschijnend in vergelijking met hun zilverachtige tegenhangers aan de oppervlakte. Terwijl grotvissen de vaagste omtrek van rudimentaire oogkassen hebben, hebben de oppervlaktetetra's enorme ronde ogen die hen een voortdurend verraste uitdrukking geven.

Ondanks hun vele duidelijke fysieke verschillen, worden de twee vissen door velen beschouwd als leden van dezelfde soort, zei Gross.

"In tegenstelling tot de vinken van Charles Darwin in de Galapagos die op soortniveau zijn gescheiden, worden zowel de grotvissen als de oppervlaktevissen beschouwd als leden van dezelfde soort en kunnen ze onderling kruisen," zei hij.

Dat maakt ze een goed modelsysteem voor biologen om evolutionaire en genetische aanpassingen te bestuderen, zei Gross.

Gross en zijn leerlingen hebben in de loop der jaren veel geleerd over deze raadselachtige vissen. Ze ontdekten dat de schedel van de vis asymmetrisch is, wat een aanpassing zou kunnen zijn om te navigeren in een wereld zonder visuele aanwijzingen. En ze identificeerden het gen dat verantwoordelijk is voor de spookachtige bleke kleur van de vis. Het is hetzelfde gen dat verantwoordelijk is voor de rode haarkleur bij mensen.

Wetenschappers elders hebben gemeld dat grotvissen minder slapen dan oppervlaktevissen.

Voor de laatste studie onderzochten Gross en UC biologiestudenten Jessica Friedman en Tyler Boggs, de hoofdauteur van de studie, hemoglobine in het bloed van grotvissen om te zien of dit zou kunnen verklaren hoe ze de zuurstofarme omgeving van diepe ondergrondse grotten overleven. De UC-studie onderzocht grotvissen uit drie populaties in Mexicaanse grotten genaamd Chica, Tinaja en Pachón.

Terwijl snel bewegende oppervlaktestromen verzadigd zijn met zuurstof, leven grotvissen in diepe grotten waar stilstaand water lange tijd ongestoord blijft. Studies hebben aangetoond dat sommige van deze staande zwembaden veel minder opgeloste zuurstof bevatten dan oppervlaktewateren.

"Ze bewegen de hele tijd rond, maar ze hebben weinig toegang tot voeding," zei Boggs. "Het is een paradox. Ze verbruiken al deze energie. Waar komt het vandaan?"

Uit bloedmonsters bleek dat grotvissen meer hemoglobine bevatten dan oppervlaktevissen. UC-onderzoekers gingen ervan uit dat grotvissen een hogere hematocriet moeten hebben - een klinische maatstaf voor de relatieve bijdrage van rode bloedcellen in volbloed.

Deze onderzoekers verwachtten meer rode bloedcellen te vinden in grotvissen, "Maar ze waren vrijwel hetzelfde", zei Gross. "We konden er niet achter komen wat er aan de hand was."

UC-biologen onderzochten de rode bloedcellen van beide vissen en ontdekten dat die van grotvissen in vergelijking veel groter zijn.

"Dat verschil in grootte verklaart grotendeels de verschillen in hematocriet," zei Gross. "We weten heel weinig over het mechanisme van celgrootte in evolutie, dus deze bevinding is iets waar we van kunnen profiteren om inzicht te krijgen in hoe dieren een verhoogde hemoglobinecapaciteit ontwikkelen."

Gross zei dat de verhoogde hemoglobine het mogelijk zou kunnen maken dat grotvissen langer foerageren in de zuurstofarme omgeving. Grotvissen moeten vaak harder werken om beperkt voedsel in de grotten te vinden.

Boggs zei dat wetenschappers erg geïnteresseerd zijn in hoe vissen zuurstof uit het water halen. Door klimaatverandering en menselijke ontwikkeling zien mariene systemen meer ecologische rampen zoals rode vloed, algenbloei die zuurstofarme omgevingen creëren die vaak leiden tot massale vissterfte.

"Er is veel ecologische relevantie hier," zei hij. "Het gebeurt in zoetwateromgevingen, zoutwateromgevingen. Onderzoekers proberen de aandacht te vestigen op dit vreselijke probleem."