Биологи выяснили, как тихоходки переходят в спячку
Тихоходки (также известные как маленькие водяные медведи) — это микроскопические беспозвоночные, средняя длина которых составляет всего 0,5 мм
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.
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.