Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Тихоходки считаются многими, как самые милые беспозвоночные, но их значение превосходит простое очарование. Милые тихоходки способны выживать в более суровых условиях, чем любые другие организмы, включая вакуум космоса. Хотя исследователи уже открыли некоторые механизмы, позволяющие им, это делать, загадки всё ещё остаются.
Эти микроскопические живые организмы могут стать ключом к открытию новых лекарств и приспосабливанию, выживанию человека в суровых условиях, например, космических путешествий.
Некоторым может показаться, что тихоходки на слуху появились сравнительно недавно, но на самом деле эти микроскопические водные животные были популярной темой для исследований с тех пор, как их впервые описал немецкий натуралист Иоганн Август Эфраим Гезе в 1773 году. Он назвал их «водяными медведями» за то, как они выглядят и двигаются.
Несколько лет спустя итальянский священник и биолог Лаццаро Спалланцани назвал их тардиградами (медленно шагающими, тихоходками), и это название прижилось. Сегодня тихоходки стали одним из основных модельных организмов для изучения развития и других принципов науки о жизни.
Когда-то их считали почти не убиваемыми, но новые исследования раскрывают секреты удивительной жизнестойкости тихоходок.
Что особенного в тихоходках
Тихоходки состоят примерно из 1 000 клеток, имеют голову и четыре сегмента тела, а каждый сегмент их тела имеет пару ног, заканчивающихся когтями.
Задние ноги тихоходки, как будто направлены назад, они используются не для ходьбы, а для хватания и позиционирования. Живут эти живые организмы во влажных местах суши, включая мох, листовую подстилку и почву, а также встречаются в пресной и солёной воде.
Размером они с точку в конце предложения (около 0,5 мм) и действительно видны невооружённым глазом (при условии, что у вас хорошее зрение). А изображения тихоходок, с которыми знакомо большинство, обычно были сделаны при 20–30-кратном увеличении.
У животных есть полноценный пищеварительный канал и пищеварительная система, одна гонада и полость тела, которая касается каждой клетки, что обеспечивает питание и газообмен, не нуждаясь в кровеносной или дыхательной системе. У определённых видов имеется разделение на самцов и самок, другие являются гермафродитами, а некоторые даже могут размножаться путём партеногенеза (однополое размножение).
Однако тихоходки более известны своей способностью выживать в условиях, экстремальных для любого другого живого организма. Они способны выжить в вакууме космоса, при температурах до одного градуса выше абсолютного нуля, при нагреве выше точки кипения воды и радиации, в тысячи раз превышающей максимальную человеческую дозу.
Их секрет, суперспособность, заключается в том, что тихоходки могут входить в состояние условного анабиоза, называемое «тун» (tun), когда они высыхают, перестают двигаться и дышать. В таком состоянии они могут находиться годами, оживая в присутствии воды.
Тун (tun) – это состояние глубокого покоя, при котором метаболические процессы организма замедляются до минимума или полностью прекращаются.
В состоянии тун тихоходки теряют до 99% воды, их тело сжимается и покрывается защитной оболочкой, так они могут сохраняться годами, а возможно, и десятилетиями.
Эта способность заставила некоторых считать, что тихоходки практически бессмертны. Но на самом деле их жизненный цикл составляет всего несколько недель, просто эти недели не обязательно должны следовать одна за другой – они могут быть растянуты на многие годы.
Что же делает тихоходок практически не убиваемыми
Один из главных вопросов – как эти живые организмы выживают, потеряв большую часть воды из своего организма.
Любое животное на земле такое обезвоживание привело бы к повреждению ДНК и других ключевых молекул, так что большинство физиологических процессов не смогли бы функционировать после регидратации. И в этом вопросе учёные уже добились значительного прогресса.
В самом начале исследователи обратили внимание на дисахарид под названием трегалоза, который накапливается в их организме. Тихоходки сохраняют внешнюю мембрану клеток, предотвращая их разрыв при обезвоживании или замораживании. Трегалоза образует сверхвязкую среду, поэтому повреждения происходят очень медленно.
Но это не единственный механизм выживания тихоходки. В 2017 году команда учёных из Университета Северной Каролины обнаружили, что тихоходки производят ряд внутренне неупорядоченных белков (TDP), которые заполняют клетки во время высыхания, сохраняя их.
В отличие от многих других белков, TDP не формируются в предпочтительные формы, а просто «порхают» вокруг. Это позволяет им образовывать «некристаллические аморфные твёрдые тела (витрификат) при высыхании». По сути, внутренности клеток превращаются в стеклоподобную субстанцию, сохраняющую их от повреждений.
Больше ответов на сложные вопросы
В 2020 году команда из Университета Монпелье с помощью просвечивающей электронной микроскопии изучила тихоходок в состоянии tun и non-tun, обнаружив, что их клетки могут синтезировать специальную структуру, которая их окружает, обеспечивая защиту от высыхания.
«Интересно, что через пять часов после регидратации количество секреторных клеток уменьшилось, а специфическая внеклеточная структура начала исчезать. Через двадцать четыре часа после начала регидратации клеточная структура и ультраструктура были сопоставимы с теми, что наблюдаются у гидратированных тихоходок».
Белок под названием супрессор повреждений (Dsup) был идентифицирован у тихоходок в 2016 году группой из Токийского университета. Было установлено, что Dsup связывается с ДНК в клетке и защищает её от повреждающих химических веществ.
В прошлом году исследователи обнаружили, когда тихоходки подвергаются стрессу, их организм производит нестабильные свободные радикалы, состоящие из кислорода и неспаренного электрона. Когда аминокислота цистеин, которая используется в производстве белка, вступает в контакт с этими бескислородными радикалами, она окисляется, запуская сигнал, который сообщает животному, что пора выходить из «тунна».
Когда исследователи предотвратили реакцию свободных радикалов с цистеином, тихоходки не смогли войти в «тун», это означает, что цистеин, вероятно, является ключом к стратегии выживания всех тихоходок. «Цистеин действует как своего рода регуляторный датчик. Он позволяет тихоходкам чувствовать окружающую среду и реагировать на стресс».
Хотя в предыдущих исследованиях изучалась роль свободных радикалов в «туне», они предполагали, что тихоходки вступают в «тун» в качестве защиты от свободных радикалов. Это исследование показало, что производство свободных радикалов на самом деле является сигналом о том, что пора выходить из этого состояния.
Как суперспособность тихоходок может помочь людям
Исследование удивительных способностей тихоходок к выживанию – это не только научное любопытство.
Знания о том, как эти живые организмы защищают себя, однажды могут помочь выжить людям. Возможно, благодаря разработке материалов, способных создавать защитную оболочку в экстремальных условиях, или новых химиотерапевтических препаратов, уничтожающих способность опухолей к самозащите.
В 2023 году учёные продемонстрировали, что белки тихоходок могут быть использованы для защиты лекарств без холодильника. Они смогли стабилизировать человеческий фактор свёртывания крови VIII (используемый для лечения людей с гемофилией и другими заболеваниями), применяя природные и синтетические версии трегалозы и белка под названием CAHS D.
В то время как фактор свёртывания крови VIII обычно стабилен только в очень точном диапазоне температур, добавление трегалозы и CAHS D стабилизировало вещество даже в условиях многократного обезвоживания, экстремальной жары и длительного хранения в сухом помещении.
В пресс-релизе исследователи отметили: «Это будет полезно не только для глобальных инициатив в области здравоохранения в отдалённых или развивающихся частях мира, но и для формирования безопасной и продуктивной космической экономики, которая будет зависеть от новых технологий, устраняющих нашу зависимость от холодильного оборудования для хранения лекарств, продуктов питания и других биомолекул».
Конечно, всё это пока не даёт ответа на вопрос, почему тихоходки вообще выработали столь сложную серию методов выживания и только они, среди всего живого на Земле, обладают этими уникальными способностями.
Эволюционная история тихоходок
Исследователи предполагают, что ответы могут заключаться в первом появлении тихоходки на суше.
Как и другие животные, тихоходки зародились в море около 500 млн лет назад. Их способность переносить высыхание развилась, чтобы позволить им выжить на суше, где высыхание было явным риском и опасностью для вида. Вместо кожи, удерживающей влагу, у них появился «тун».
Однако эта стратегия временной остановки всех биологических процессов также сделала их устойчивыми к другим экстремальным условиям, как холод или радиация. Если теория верна, то почти неуязвимость тихоходок – это своего рода случайность.
Несмотря на достигнутые успехи, в изучении очаровательных «водяных медведях» человеку ещё многое предстоит узнать – некоторые их способности остаются загадочными.
Например, в 2020 году исследователи из Индийского научного института обнаружили новый вид тихоходок, которые способны противостоять интенсивным дозам ультрафиолетового излучения флуоресцируя.
Хотя пока неясно, как это происходит, исследователи предполагают: если флуоресцентный материал удастся идентифицировать, он может стать основой для нового вида солнцезащитного крема, а возможно, и защитой от радиационного облучения, например, во время длительных космических экспедиций.
