Они переживают годы без воды и кислорода: организм переходит в режим, которого боится всё живое

Тихоходки давно считаются символом выживания в экстремальных условиях, но теперь у учёных появилось более чёткое объяснение их поразительной устойчивости. Исследователи обнаружили молекулярный механизм, который помогает этим микроскопическим существам буквально "прикидываться мёртвыми", чтобы пережить холод, засуху и химический стресс. Речь идёт о своеобразном сенсоре, встроенном в их клетки. Об этом сообщает Popular Science.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Тихоходка

Кто такие тихоходки и где они живут

Тихоходки, которых часто называют "водяными медведями", — это микроскопические беспозвоночные, насчитывающие более 1 100 известных видов. Они считаются близкими родственниками членистоногих и встречаются практически повсюду: на цветковых растениях, в мхе, песке, пресной и морской воде.

Размер большинства тихоходок не превышает одного миллиметра. Многие из них питаются растительной пищей, прокалывая клетки специальными стилетом и высасывая их содержимое. Другие виды ведут хищный образ жизни и охотятся на мелких беспозвоночных. Их способность переносить экстремальный холод часто сравнивают с редкими случаями выживания при экстремальном переохлаждении, зафиксированными у человека.

Как "водяные медведи" переживают экстремальные условия

Главный секрет выживания тихоходок — способность входить в состояние покоя, известное как "тун". В этот момент их восемь конечностей втягиваются, тело обезвоживается, а обмен веществ замедляется до почти неуловимого уровня. В таком состоянии животное может провести годы без воды, кислорода и пищи.

Долгое время оставалось неясным, что именно запускает этот переход в "спящий режим" и, наоборот, возвращает тихоходок к активности. Новое исследование приблизило учёных к ответу.

Аминокислота как сигнал тревоги

В лабораторных условиях исследователи подвергали тихоходок экстремальному холоду — до -112 градусов по Фаренгейту, а также воздействию перекиси водорода, соли и сахара. Эти стрессовые факторы вызывали образование активных форм кислорода — свободных радикалов, способных повреждать клетки.

Свободные радикалы окисляют аминокислоту цистеин — один из ключевых строительных элементов белков. Это окисление меняет структуру и функции белков и служит сигналом для тихоходки перейти в состояние покоя. Аналогичные процессы окислительного стресса активно изучаются и в медицине, например при исследованиях механизмов гибели нервных клеток.

Когда условия улучшаются и уровень свободных радикалов снижается, цистеин возвращается в исходное состояние. В ответ тихоходки выходят из "туна" и возобновляют нормальную жизнедеятельность.

Что показали дополнительные эксперименты

Учёные также добавляли в среду вещества, блокирующие цистеин. В этом случае тихоходки теряли способность распознавать наличие свободных радикалов и не переходили в спящее состояние. Это подтвердило, что именно цистеин играет ключевую роль в управлении защитным механизмом.

"Наша работа показывает, что выживание тихоходок в условиях стресса зависит от обратимого окисления цистеина, при котором активные формы кислорода выступают в роли сенсора", — отмечают авторы исследования.

Возможная польза для науки и человека

Механизм, основанный на контролируемом воздействии свободных радикалов, может иметь более широкое значение. Активные формы кислорода давно связывают с процессами старения и возрастными заболеваниями. Изучение тихоходок может помочь лучше понять, как клетки справляются с окислительным стрессом.

"Является ли этот защитный механизм универсальным и сохраняется ли он у разных видов тихоходок — крайне важные вопросы", — подчеркнула соавтор исследования Лесли Хикс из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл.

По её словам, ответы могут быть полезны не только для биологии старения, но и для разработки технологий длительных космических путешествий, где организмы подвергаются экстремальным условиям.

Сравнение: выживание тихоходок и других микроорганизмов

В отличие от многих бактерий и простейших, которые образуют споры или цисты, тихоходки используют сложный молекулярный механизм, связанный с регуляцией белков. Это делает их адаптацию более гибкой и позволяет реагировать на разные типы стресса — от холода до химического воздействия.

Плюсы и минусы изучения механизмов выживания тихоходок

Исследование тихоходок даёт уникальные знания о защите клеток от повреждений и контроле метаболизма. Эти данные могут быть полезны для медицины, биотехнологий и космических программ. В то же время перенос подобных механизмов на более сложные организмы остаётся сложной задачей и требует долгих дополнительных исследований.

Популярные вопросы о тихоходках

Почему тихоходки считаются самыми выносливыми животными?
Они способны переживать экстремальный холод, обезвоживание, отсутствие кислорода и сильное излучение благодаря состоянию глубокого покоя.

Что запускает их "спячку"?
Ключевую роль играет окисление аминокислоты цистеина под воздействием свободных радикалов.

Может ли этот механизм быть полезен человеку?
Потенциально да — он может помочь в изучении старения, защиты клеток и разработке технологий для экстремальных условий.