Самое живучее бессмертное существо Земли

Загадки тихоходок.

    Тихоходка (лат. Tardigrada) — тип микроскопических беспозвоночных, близких к членистоногим. Впервые это животное было описано в 1773 г. немецким пастором И. А. Гёце как kleiner Wasserb;r (маленький водяной медведь). В 1777 г. итальянский ученый Ладзаро Спалланцани дал им название il tardigrado, тихоходки, латинизированной формой которого является название Tardigrada (с 1840 г.).

      Тело у тихоходок (или их еще называют водяной медведь) имеет размер 0,1—1,5 мм, полупрозрачное, из четырех сегментов и головы. Снабжено 4 парами коротких и толстых ног с 4—8 длинными щетинковидными коготками на конце, причем последняя пара ног направлена назад. Передвигаются тихоходки действительно очень медленно — со скоростью всего 2—3 мм в минуту. Ротовые органы — пара острых стилетов, служащих для прокалывания оболочек клеток водорослей и мхов, которыми тихоходки питаются. Тихоходки имеют пищеварительную, выделительную, нервную и половую системы; однако у них отсутствуют дыхательная и кровеносная системы — дыхание кожное, а роль крови выполняет заполняющая полость тела жидкость.
      Тело тихоходки состоит из пяти частей: четко выраженной головы со ртом и четырех сегментов, каждый их которых имеет по паре ног с коготками. Тело животных покрыто тонкой и гибкой, устойчивой к воздействию кутикулой, которую они сбрасывают по мере роста (линька). Анатомическое строение этих малых животных напоминает строение более крупных. В частности, у тихоходок имеется мозг на дорсальной стороне, маленькие глаза и нервные узлы на вентральной стороне (как у мух). Их пищеварительная система включает рот с острыми стилетами и сосательным расширением глотки для высасывания содержимого клеток других микроскопических животных или растений, кишечник и анус. К счастью, тихоходки не патогенны для человека. Они имеют продольные мышцы и органы выделения.
Одна гонада в виде мешка, расположенная дорсально, отличает самцов, самок и самооплодотворяемых гермафродитов. Некоторые виды состоят только из самок, размножающихся путем партеногенеза, то есть без участия самцов. Благодаря своим малым размерам, для газообмена тихоходкам не требуются дыхательная и кровеносная системы. Жидкость, присутствующая в полости тела, выполняет функции дыхательной и кровеносной систем. Систематически тихоходки весьма близки к членистоногим, в частности, к ракообразным и насекомым, которые также теряют свою кутикулу в процессе роста и насчитывают наибольшее число видов на Земле. Будучи весьма близкими к членистоногим, тихоходки не являются ими. Различные виды тихоходок были обнаружены повсеместно на планете: от полярных областей до экватора, от прибрежных зон1 до глубин океана и даже на вершинах гор. На сегодняшний день описано примерно 1 100 видов тихоходок, которые живут в морях, озерах и реках или в наземной среде обитания. Их количество быстро увеличивается с каждым годом в связи с новыми открытиями и пересмотром существующих видов.
В настоящее время известно более 900 видов тихоходок (в России — 120 видов.[1]). Из-за микроскопических размеров и способности переносить неблагоприятные условия распространены они повсеместно, от Гималаев (до 6000 м) до морских глубин (ниже 4000 м). Тихоходок находили в горячих источниках, подо льдом (например, на Шпицбергене) и на дне океана. Распространяются они пассивно — ветром, водой, различными животными.
    Все тихоходки в некоторой степени являются водными животными. Примерно 10% — морские обитатели, другие встречаются в пресноводных водоёмах, однако большинство населяет моховые и лишайниковые подушки на земле, деревьях, скалах и каменных стенах. Количество тихоходок во мхе может быть очень велико — сотни, даже тысячи особей в 1 г высушенного мха. Питаются тихоходки жидкостями растений и водорослей, на которых обитают. Некоторые виды поедают мелких животных — коловраток, нематод, других тихоходок. В свою очередь служат добычей для клещей и ногохвосток.
      Во рту у них несколько острых зубов-игл, которыми они вгрызаются в растения или животную добычу. Крупные тихоходки могут поедать коловраток, нематод и даже других тихоходок. Из-за феноменальной живучести они распространены по всей планете от горных вершин Гималаев до морских глубин. Их разносят ветер, вода и животные. Больше всего они любят пресноводные водоемы и влажные лишайники.
      Тихоходки раздельнополые, но, так как самцы встречаются редко, они практикуют партеногенез. То есть, потомство может развиться и из неоплодотворенного яйца.
       Тихоходка вынашивает от одного до тридцати яиц за раз. Если самец все-таки отыскивается, то он либо оплодотворяет партнершу непосредственно, либо оплодотворяет готовую кладку попозже в одиночку.
В зависимости от вида (а их известно более 400), яйца откладываются в грунт, мох, водоросли или даже в собственную шкуру, сброшенную при линьке.
       У тихоходок прямое развитие. Это значит, что тихоходка, вылупившаяся из яйца, отличается от взрослой только размером.
Передвигаются тихоходки действительно небыстро: всего пару миллиметров в минуту.
Поэтому, в основном, распространяются пассивно: ветром, водой и животными. В сочетании с тем, что они могут переносить неблагоприятные условия, их можно встретить повсеместно. Тихоходок находили и в Гималаях, на высоте шести километров над уровнем моря, и в океане, на глубине четырех километров, и в горячих источниках, и подо льдом на Шпицбергене.
Хотя всем тихоходкам для жизнедеятельности необходима вода, многие виды могут выжить даже при временном отсутствии воды. Таким образом, наибольшее число тихоходок было обнаружено на земле, где они живут во мхах, лишайниках, листьях и влажной почве. Широкое распространение тихоходок на Земле тесно связано с их стратегиями выживания.
      Тихоходки привлекли внимание уже первых исследователей своей поразительной выносливостью. При наступлении неблагоприятных условий они способны на годы впадать в состояние анабиоза; а при наступлении благоприятных условий довольно быстро оживать. Выживают тихоходки в основном за счёт т. н. ангидробиоза, высушивания. При высыхании они втягивают в тело конечности, уменьшаются в объеме и принимают форму бочонка. Поверхность покрывается восковой оболочкой, препятствующей испарению. При анабиозе их метаболизм падает до 0,01 %, а содержание воды способно доходить до 1 % от нормального.
Ученые уже давно пытаются разгадать секрет живучести тихоходок. Любое другое существо схожих размеров и строения неизменно гибнет там, где выживает тихоходка. Дело в том, что она универсальна. Ей не приходится поколениями вырабатывать механизмы адаптации и менять строение тела, чтобы выживать в подводном гейзере или вечной мерзлоте.

                Замораживание и нагрев.

      Тихоходок замораживали на 30 лет при температуре 20°C. Также их в течение 20 месяцев держали в жидком кислороде при 193°C. Они выживали. Тихоходки смогли выдержать восьмичасовое охлаждение жидким гелием до 271°C и нагрев до 60—65°C в течение 10 часов. Температуру в 100 градусов по Цельсию они выдерживали в течение часа.

                Радиация.

      Тихоходок пытались уничтожить ионизирующим излучением. Доза в 570 тыс. бэр убила только половину подопытных. Для сравнения: человек погибает при дозе 500 бэр.

                Ядовитая атмосфера.

       Тихоходки научились переносить отсутствие кислорода. Их помещали в атмосферу из сероводорода и углекислого газа. Там они могли находиться неделями, а по возвращению в естественную среду опять чувствовали себя прекрасно, продолжали есть и размножаться.
 
                Давление.

      Японские биофизики провели эксперимент, в котором тихоходок помещали в заполненную водой камеру высокого давления. Постепенно давление доводили до 6000 атмосфер. Некоторые испытуемые погибали, но большинство выживало.

                Высушивание.

       По современным данным, тихоходки могут ожить после десяти лет анабиоза, в который они впадают в период засухи. При этом уровень влаги в их организме может снижаться до 1—2% от нормы. По одной из научных гипотез, в такие периоды даже ДНК тихоходок распадается, но когда влажность нормализуется, целостность ДНК восстанавливается. По этой же теории, в генетический код тихоходки может попасть чужой генетический материал — например, от живущих по соседству более приспособленных организмов. Таким образом, она вбирает в себя лучшие черты разных видов.

                Открытый космос.

       Тихоходок отправляли даже туда. Шведские ученые поместили их на корпусе космической станции, обращенной к солнцу. Вакуум и космическая радиация должны были показать границы выживаемости. Дополнительно часть тихоходок облучали ультрафиолетом. Из тех, кто провел десять дней снаружи корабля, выжили почти все. А вот из тех, кого дополнительно облучали ультрафиолетом, в живых остались немногие.
Стоит добавить, что тихоходки не всегда одинаково живучи. Максимальные результаты они показывают, когда высыхают и впадают в анабиоз. В таком состоянии им не страшны даже длительные космические путешествия.
      В состоянии анабиоза тихоходки выносят невероятные нагрузки.

* Температура. Выдерживают пребывания в течение 20 мес. в жидком воздухе при -193°C, восьмичасовое охлаждение жидким гелием до -271°С; нагрев до 60—65°С в течение 10 ч и до 100 °C в течение часа.
* Ионизирующее излучение в 570 000 рентген убивает примерно 50 % облучаемых тихоходок. Для человека смертельная доза радиации составляет всего 500 рентген.
* Атмосфера: Оживали после получасового пребывания в вакууме. Довольно долго могут находиться в атмосфере сероводорода, углекислого газа.
* Давление: При эксперименте японских биофизиков «спящих» тихоходок помещали в герметичный пластиковый контейнер и погружали его в заполненную водой камеру высокого давления, постепенно доведя его до 600 МПа (ок. 6000 атмосфер), что почти в 6 раз выше уровня давления в самой низкой точке Марианской впадины. При этом неважно, какой жидкостью был заполнен контейнер: водой или нетоксичным слабым растворителем перфторуглеродом С8F18, — результаты по выживаемости совпадали.
* Влажность: известен случай, когда мох взятый из пустыни спустя приблизительно 120 лет после его иссушения поместили в воду, находящиеся в нём тихоходки ожили и были способны к размножению.

      В сентябре 2007, Европейское Космическое агентство отправило несколько особей в космос, на высоту в 160 миль. Некоторые водяные медведи были подвержены только воздействия вакуума, некоторые еще и радиационному, в 1000 раз превышающему фон Земной радиации. Все тихоходки не только выжили, но еще и отложили яйца, успешно размножившись

       Эксперименты на орбите показали, что тихоходки — крошечные членистоногие размером от 0,1 до 1,5 миллиметров — способны выживать в открытом космосе. В своей работе, результаты которой опубликованы в журнале Current Biology, биологи из нескольких стран показали, что некоторые тихоходки способны полностью восстанавливать свои жизненные функции и производить жизнеспособное потомство.
Все тихоходки находились в состоянии анабиоза. После 10 дней, проведенных в открытом космосе, практически все организмы были иссушены, но на борту космического аппарата тихоходки вернулись к нормальному состоянию. Большинство животных, подвергшихся облучению ультрафиолетом с длиной волны 280 — 400 нм, выжили и оказались способны к воспроизводству. Особи R. coronifer не смогли пережить полный спектр воздействий (низкая температура, вакуум, ультрафиолет А и В), лишь 12% животных этой группы выжили, все они принадлежали к виду Milnesium tardigradum. Тем не менее, выжившие смогли дать нормальное потомство, хотя их плодовитость оказалась ниже, чем у контрольной группы, находившейся на Земле.
Исследователи из Японии решили, наконец, разобраться в секрете живучести тихоходок  и создали самую точную на сегодняшний день картину генома тихоходок, который позволил им узнать несколько секретов, наделяющих этих крошечных существ способностью выживать практически где угодно.

         Исследование Токийского университета ставит под сомнение это предположение и говорит о том, что особенности тихоходок являются уникальными и совсем не являются следствием горизонтального переноса генов.
Новое исследование в некоторой степени отличается от предыдущих.
       Во-первых, для своих наблюдений японские ученые использовали самый живучий вид тихоходок R. Varieornatus, в то время как в предыдущих исследованиях ученые вели наблюдение за видом Hypsibius dujardini, который является наименее живучим среди этих организмов.
       Во-вторых, ученые успешно исключили возможность воздействия на эти организмы других видов бактерий (вы не поверите, но наряду с другими средствами для этого использовались коммерчески доступные отбеливатели), что позволило просканировать геном тихоходок без воздействия каких-либо внешних раздражителей. Этот пункт оказался особенно важным, так как авторы предыдущих исследований заявляли о наличии большого объема бактериальных генов, включенных в геном тихоходок.
       В-третьих, ученые смогли секвенировать геном тихоходок на гораздо более высоком уровне точности, создав генетический профиль, в 100 раз менее фрагментированный, чем в рамках предыдущих попыток.
Отличительной чертой тихоходок является наличие уникальных генов, которые и позволяют этим организмам вырабатывать такой высокий уровень толерантности к суровым окружающим условиям.
     Авторам нового исследования удалось выяснить, какие гены и биологические процессы наделяют тихоходок столь удивительными возможностями выживания. Например, в геноме тихоходок содержится больше, чем у любых других живых организмов, антиоксидантных ферментов и генов, восстанавливающих ДНК. Эти особенности позволяют тихоходкам без проблем переживать полную дегидрацию их организма и эффективно восстанавливать поврежденные цепочки ДНК.
      Кроме того, ученые обнаружили наличие особого белка, который встраивает себя в ДНК. Уникальный белок, получивший название Dsup, ведет себя как щит против радиации, не позволяя ДНК расщепляться. Это вполне может объяснять тот факт, что тихоходкам практически безразлично воздействие радиации и они вполне способны выживать даже в условиях вакуума космоса.
Эта генетическая защита от радиации может быть адаптирована в клетках других животных. В рамках тестов с использованием культивированных клеток человека ученые продемонстрировали эффективность белка Dsup в противостоянии радиации и защите ДНК от повреждений, снизив их практически на 40 процентов. Другими словами, если этот особый белок можно будет поместить внутрь живых людей, то это повысит уровень нашей естественной защиты от радиации. Более того, биология тихоходок в той или иной степени может сделать человека более приспособленным к условиям космоса.

Автор Ларин Алексей Владимирович. В более красивом виде эта и другие мои статьи опубликованы на моём личном сайте в  виде блога по интернет-адресу, который следует вводить в самой  верхней строке интернета: https://www.алексей-ларин.рф/