Биологи выяснили, как тихоходки переходят в спячку
Впервые ученые раскрыли точный молекулярный механизм, который дает тихоходке, одному из самых выносливых организмов на планете, редкую способность включать режим выживания, когда она сталкивается с сильным стрессом.
Тихоходки (также известные как маленькие водяные медведи) — это микроскопические беспозвоночные, средняя длина которых составляет всего 0,5 мм. У них восемь ног, и они были обнаружены во всех частях биосферы Земли.
Они могут пережить 30-летнее пребывание при температуре −20°C, жить в течение 2 лет в жидком кислороде при температурах почти в минус 200°C, могут долго находится в атмосфере углекислого газа и сероводорода, а также выдерживают огромные дозы радиации, тысячная доля которой смертельна для человека. Ожидается, что тихоходки станут одним из последних форм жизни на Земле, когда все остальные погибнут.
Для того, чтобы выжить в суровых условиях, тихоходки переходят в обезвоженное состояние, при этом микроскопическое животное сжимается до трети своего и без того небольшого размера и сворачивается в клубок.
В этом дремлющем состоянии чрезвычайно медленного метаболизма – форме криптобиоза, называемой ангидробиозом – животное может жить в течение длительных периодов времени только для того, чтобы потом выйти из спячки и возобновить нормальную деятельность.
Хотя более раннее исследование выявило биологические процессы, которые приводили к этому состоянию анабиоза, то, что непосредственно включало это состояние, оставалось загадкой.
Теперь команда биологов определила молекулярный переключатель, который начинает трансформацию тихоходок.
Смотрите также
Что такое планковская длина и что она означает?
Самое выносливое животное в мире однажды может спасти вашу жизнь
Чтобы вызвать трансформацию, ученые подвергли вид тихоходок Hypsibius exmplaris экстремальным условиям: температуре -80 °C, высокому уровню перекиси водорода и сильным растворам соли и сахара. Они обнаружили, что молекулярный сенсор, построенный на аминокислоте цистеине, является ключом к способности животного включать и выключать состояние гибернации по мере необходимости.
Было обнаружено, что в экстремальных условиях у тихоходок накапливаются свободные радикалы – атомы или молекулы кислорода – внутри клеток, крадут электроны у других атомов. В высоких концентрациях свободные радикалы вызывают сильный окислительный стресс, однако для тихоходок они действуют как триггер инициации ангидробиоза.
Когда окружающая среда вернулась к более гостеприимным условиям, этот процесс повернулся вспять, и тихоходки получили молекулярное сообщение о том, что можно безопасно вернуться в исходное, полностью функционирующее состояние.
Однако, когда ученые заблокировали цистеин у животных, они не смогли войти в спасительное для жизни состояние спячки. Это выявило важное взаимодействие между комбинацией свободных радикалов кислорода и аминокислотным «переключателем».
«Мы обнаружили, что выживание тихоходок зависит от обратимо окисленных цистеинов, координирующих вход и выход из состояний выживания строго регулируемым образом», — пишут исследователи в статье. «Благодаря внедрению скринингов EPR и окислительно-восстановительной библиотеки мы продемонстрировали, что внутриклеточное высвобождение АФК (активных форм кислорода) имеет важное значение для формирования каналов».
Исследование было опубликовано в журнале PLOS One.