Grottfiskar har uppenbara anpassningar som saknade ögon och bleka färger som visar hur de utvecklats under årtusenden i en mörk, underjordisk värld.

Nu säger forskare vid University of Cincinnati att dessa otroliga fiskar har en lika anmärkningsvärd fysiologi som hjälper dem att klara av en miljö med låg syrehalt som skulle döda andra arter.

Biologer vid UC:s College of Arts and Sciences fann att mexikanska grottfiskar producerar mer hemoglobin genom röda blodkroppar som är mycket större jämfört med fiskar som lever på ytan. Hemoglobin hjälper kroppen att transportera syre och koldioxid mellan fiskens celler och organ och dess gälar.

Studien publicerades i Nature-tidskriften Scientific Reports . Det visar hur mycket mer det finns att lära sig om djur som har fascinerat biologer i 200 år.

"Jag har varit fascinerad av dessa fiskar under lång tid," sa UC-docent Joshua Gross.

Cavefish utvecklades i grottor runt om i världen. Arten som UC-biologer undersökte, Astyanax mexicanus, avvek så sent som för 20 000 år sedan från ytfisk som fortfarande finns i närliggande vattendrag i Sierra de El Abra, Mexiko.

Grottfiskar är ljusrosa och nästan genomskinliga jämfört med sina silverfärgade motsvarigheter på ytan. Medan grottfiskar har de svagaste konturerna av rudimentala ögonhålor, har yttetras enorma runda ögon som ger dem ett ständigt förvånat uttryck.

Trots deras många uppenbara fysiska skillnader anses de två fiskarna av många vara medlemmar av samma art, sa Gross.

"Till skillnad från Charles Darwins finkar på Galapagos som är åtskilda på artnivå, anses både grottfisken och ytfisken vara medlemmar av samma art och kan korsa sig", sa han.

Det gör dem till ett bra modellsystem för biologer att studera evolutionära och genetiska anpassningar, sa Gross.

Gross och hans elever har lärt sig mycket om dessa förbryllande fiskar genom åren. De fann att fiskens skalle är asymmetrisk, vilket kan vara en anpassning för att navigera i en värld utan visuella ledtrådar. Och de identifierade genen som är ansvarig för fiskens spöklika bleka färg. Det är samma gen som är ansvarig för röd hårfärg hos människor.

Forskare på andra håll har rapporterat att grottfiskar sover mindre än fiskar på ytan.

För den senaste studien undersökte Gross och UC biologistudenterna Jessica Friedman och Tyler Boggs, studiens huvudförfattare, hemoglobin i grottfiskblod för att se om det kan förklara hur de överlever miljön med låg syrehalt i djupa underjordiska grottor. UC-studien undersökte grottfisk från tre populationer i mexikanska grottor som heter Chica, Tinaja och Pachón.

Medan snabbrörliga ytströmmar är mättade med syre, lever grottfisken i djupa grottor där stående vatten ligger ostört under långa perioder. Studier har funnit att vissa av dessa stående bassänger har mycket mindre löst syre än ytvatten.

"De rör sig hela tiden, men de har liten tillgång till näring," sa Boggs. "Det är en paradox. De förbrukar all denna energi. Var kommer den ifrån?"

Blodprover visade att grottfiskar har mer hemoglobin än fisk på ytan. UC-forskare antog att grottfisk måste ha en högre hematokrit – ett kliniskt mått på det relativa bidraget från röda blodkroppar i helblod.

Dessa forskare förväntade sig att hitta fler röda blodkroppar i grottfisk, "Men de var nästan likadana," sa Gross. "Vi kunde inte lista ut vad som pågick."

UC-biologer undersökte de röda blodkropparna hos båda fiskarna och fann att de hos grottfiskar är mycket större i jämförelse.

"Den storleksskillnad förklarar till stor del skillnaderna i hematokrit," sa Gross. "Vi vet väldigt lite om mekanismen för cellstorlek i evolutionen, så denna upptäckt är något vi skulle kunna dra nytta av för att få insikt i hur djur utvecklar förhöjd hemoglobinkapacitet."

Gross sa att det förhöjda hemoglobinet kan tillåta grottfisken att söka föda längre i miljön med låg syrehalt. Grottfiskar måste ofta arbeta hårdare för att hitta begränsad mat tillgänglig i grottorna.

Boggs sa att forskare är mycket intresserade av hur fiskar drar syre från vattnet. På grund av klimatförändringar och mänsklig utveckling ser marina system fler ekologiska katastrofer som röda tidvatten, algblomningar som skapar miljöer med låg syrehalt som ofta leder till massiva fiskdöd.

"Det finns mycket ekologisk relevans här," sa han. "Det händer i sötvattenmiljöer, saltvattenmiljöer. Forskare försöker uppmärksamma denna hemska fråga."