Они способны жить даже в космосе: почему тихоходки выдерживают то, что губительно для всего живого

Тихоходки – крошечные животные размером от 0,1 до 1 миллиметра, внешне напоминающие медведей, если рассматривать их под микроскопом. Обитают эти существа практически везде, начиная от глубоководных впадин и гималайских ледников и заканчивая тропическими лесами и антарктическими пустынями. Но настоящая слава пришла к ним благодаря феноменальной устойчивости к условиям, которые убивают почти все живое. Как же им это удается? Ответ на этот и другие вопросы читайте в нашей статье.

Что такое криптобиоз и зачем он нужен

Когда среда становится непригодной для жизни (пересыхание, замерзание, перегрев, недостаток кислорода), то тихоходка впадает в состояние криптобиоза. Это не сон и не спячка, а падение метаболизма до 0,01% от нормального уровня, в результате чего тело теряет до 97% воды, а само животное превращается в сухую капсулу, называемую «бочонком». В таком виде оно может находиться годами и десятилетиями, ожидая возвращения благоприятных условий. Как только вода появляется снова, тихоходка «оживает» буквально за несколько часов.

Криптобиоз – это общее название данного процесса, но по факту механизм его запуска может сильно отличаться. Так, различают ангидробиоз (при высыхании), криобиоз (при замерзании), осмобиоз (при изменении солености) и аноксибиоз (при нехватке кислорода).

Как тихоходка защищает клетки

Главный секрет выживания при высыхании – трегалоза. Это сахар, который накапливается в клетках и заменяет собой воду, формируя стекловидную матрицу. Последняя стабилизирует белки и мембраны, не давая им разрушаться без воды.

У некоторых видов тихоходок трегалоза накапливается в больших количествах, тогда как у других ее значительно меньше, и в этом случае в дело вступают особые белки – TDP (tardigrade-specific intrinsically disordered proteins). Они предотвращают слипание других белков при обезвоживании, образуя защитную сеть вокруг молекул.

В 2024 году исследователи из Университета Вайоминга выяснили, что один из таких белков (CAHS-8) формирует гелеобразные структуры в цитоплазме, которые меняют вязкость клетки в зависимости от уровня воды. При обезвоживании гель твердеет, фиксируя клеточное содержимое, а при увлажнении – растворяется, возвращая клетку к нормальной работе.

Выживание в космосе

В 2007 году спутник FOTON-M3 вывел на околоземную орбиту тихоходок рода Richtersius. Часть животных была высушена и помещена в камеры, открытые для космического вакуума. Они провели 10 дней на орбите, подвергаясь воздействию космической радиации, экстремального перепада температур и полного отсутствия атмосферы.

После возвращения на Землю и увлажнения значительная часть тихоходок ожила и продолжила размножение. Однако результаты различались по группам. Например, особи, защищенные от ультрафиолета экраном, восстановились вполне успешно, а те, кто подвергся прямому воздействию УФ-излучения, выживали значительно хуже.

Оказалось, что полноценный космический вакуум без радиации тихоходки легко переносят, а вот сочетание вакуума и жесткого ультрафиолета губительно для большинства из них, хотя отдельные экземпляры все же выжили.

В 2011 году на МКС провели еще один эксперимент – TARDIS (Tardigrades in Space). На этот раз исследователи проверяли действие космической радиации в течение более длительного периода. Результаты подтвердили, что тихоходки способны противостоять сочетанию факторов, но не так устойчивы к радиации.

Экстремальные температуры

Тихоходки демонстрируют поразительную устойчивость к экстремальным температурам, но только в состоянии криптобиоза. Высушенные особи способны выдержать 1 час нагревания до 100 °C. При этом активные тихоходки крайне чувствительны к теплу. Например, теплолюбивые виды (такие как Ramazzottius varieornatus) начинают массово гибнуть уже при 37,1 °C, а у холодолюбивых порог устойчивости к нагреву еще ниже.

Что касается противоположного конца температурной шкалы, то тут результаты еще более впечатляющие. Как показали исследования, тихоходки переживают погружение в жидкий гелий при −272 °C и после возвращения к комнатной температуре продолжают жить.

Давление, радиация и химическая стойкость

Тихоходки переносят давление до 6 000 атмосфер (примерно как на дне Марианской впадины) и резкие его перепады, вызывающие у большинства животных декомпрессионную болезнь.

Дозы ионизирующей радиации до 5 000 грей они также переживают без видимых последствий (смертельная доза для человека – около 5 грей). Такая защита от радиации обусловлена работой белка Dsup, который связывается с ДНК и предохраняет ее от разрывов.

Тихоходки также устойчивы к воздействию многих токсичных веществ, включая высококонцентрированные растворы солей и некоторые кислоты. Однако и они не всесильны – например, кипяток вполне способен убить активных особей, а механическое разрушение «бочонка» необратимо.

Полезно знать

Тихоходки пережили 5 массовых вымираний за 500 миллионов лет. Каждое уничтожало до 96% видов на планете, но «водяные медведи» проходили через все невредимыми.

Специалисты из Токио смогли реанимировать двух тихоходок, которые находились в заморозке при −20 °C 30,5 лет. Через 20 дней после оживления одна из них умерла, а вторая успешно выжила и спустя 23 дня отложила яйца.

У тихоходок отсутствуют дыхательная и кровеносная системы. Газообмен происходит напрямую через покровы тела, а роль крови выполняет жидкость, заполняющая полости.

Тихоходки способны к партеногенезу – размножению без участия самцов. Некоторые виды целиком состоят из самок, откладывающих яйца, из которых развиваются точные копии матери.

Проверено редакцией

Необычные способности тихоходок интересны ученым не только сами по себе. Биофизик и младший научный сотрудник Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ Михаил Зарубин в комментарии порталу «Pro Космос» отмечает, что белок Dsup и его аналоги рассматривают как основу для будущих радиопротекторов — средств, способных защищать клетки человека от повреждений при облучении.

Одно из возможных применений — снижение вреда для здоровых тканей при лучевой терапии, другое — защита космонавтов во время длительных полетов. По словам специалиста, механизмы тихоходок также изучают с точки зрения хранения биологических материалов и создания организмов, более устойчивых к радиации. То есть «суперспособности» водяных медведей уже постепенно превращаются из биологической диковинки в источник вполне прикладных технологий.