Некоторые организмы, такие как тихоходки, коловратки и нематоды, могут выживать в суровых условиях, переходя в состояние покоя, известное как «криптобиоз». В 2018 году сотрудники Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Россия) обнаружили в сибирской вечной мерзлоте круглых червей (нематод) двух видов. Согласно данным радиоуглеродного анализа, эти нематоды пребывали в криптобиозе с позднего плейстоцена, т. е. примерно 46 000 лет.
Исследователи из немецких Института молекулярной клеточной биологии и генетики имени Макса Планка (MPI-CBG) в Дрездене, Дрезденского центра системной биологии (CSBD) и Института зоологии (Institute of Zoology) Кёльнского университета, используя секвенирование генома, сборку и филогенетический анализ, установили, что обнаруженная в мерзлоте нематода принадлежит к неописанному ранее виду Panagrolaimus kolymaensis. Они выяснили, что Panagrolaimus kolymaensis, чтобы выжить при обезвоживании и замораживании в лабораторных условиях, использует биохимические механизмы, аналогичные механизмам стадии жизненного цикла важной биологической модели Caenorhabditis elegans.
Оживив две замороженные особи нематод из окаменелого убежища в илистых отложениях сибирской вечной мерзлоты, Анастасия Шатилович из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Россия) и её коллеги были вне себя от восторга. Когда, взятые в лабораторию, черви оттаяли, радиоуглеродный анализ растительного материала, найденного в их норках, показал, что эти замёрзшие отложения, оказавшиеся на глубине 40 метров, не оттаивали с позднего плейстоцена, от 45 839 до 47 769 лет. В то же время исследовательская группа MPI-CBG под руководством Теймураза Курчалия (Teymuras Kurzchalia) (сейчас он на пенсии) уже изучала вопрос о выживании в экстремальных условиях нематод Caenorhabditis elegans, находящихся на личиночных стадиях. Узнав о нематодах, извлечённых из вечной мерзлоты, учёные этой группы сразу же обратились к Анастасии Шатилович с предложением о сотрудничестве.
За изучение сибирских нематод взялся Вамшидхар Гаде (Vamshidhar Gade), в то время докторант в команде Теймураза Курчалия. «Какие молекулярные и метаболические пути используют эти криптобиотические организмы и как долго они способны существовать, приостановив свою жизнь, до конца не ясно», — говорит он. Сейчас Вамшидхар работает в Цюрихской высшей технической школе (Eidgenössische Technische Hochschule, ETH), Швейцария.
В сотрудничестве с почётным директором и руководителем исследовательской группы MPI-CBG Юджином Майерсом (Eugene Myers), Геномным центром DRESDEN-concept и исследовательской группой Михаэля Хиллера (Michael Hiller), в то время руководителя исследовательской группы MPI-CBG, а ныне профессора сравнительной геномики LOEWE-TBG и Зенкенбергского общества исследования природы (Senckenberg Society for Nature Research), учёные дрезденских вузов провели высококачественную сборку генома одной из сибирских нематод.
Несмотря на наличие результатов баркодирования ДНК и картинок, созданных с помощью электронного микроскопа, определить, является ли данная нематода новым видом, было трудно. К работе дрезденских учёных присоединилась команда Филиппа Шиффера (Philipp Schiffer), руководителя исследовательской группы Института зоологии Кёльнского университета, одного из руководителей создаваемого в этом университете Кёльнского центра геномики биоразнообразия (BioC2) и эксперта в сфере исследований геномики биоразнообразия. Используя филогенетический анализ, он и его команда смогли установить, что имеют дело с новым видом круглых червей. Кёльнские учёные решили назвать его «Panagrolaimus kolymaensis». Слово «kolymaensis» указывает на то, что нематода нового вида была извлечена из земли в районе реки Колымы.
Сравнив геном Panagrolaimus kolymaensis с геномом модельной нематоды Caenorhabditis elegans, кёльнские учёные определили общие для обоих видов гены, принимающие участие в криптобиозе. К их удивлению оказалось, что большинство генов, необходимых для погружения в криптобиоз дауэр-личинок Caenorhabditis elegans, имеется и у Panagrolaimus kolymaensis. Затем исследовательская группа оценила способность Panagrolaimus kolymaensis к выживанию и обнаружила, что этим червям подготовиться к криптобиозу и увеличить выживаемость при - 80 градусах по Цельсию помогло проведённое перед замораживанием лёгкое обезвоживание. На биохимическом уровне оба вида нематод производили при лёгком лабораторном обезвоживании сахар, называемый трегалозой.
Это, по-видимому, и позволяет им переносить замораживание и интенсивное обезвоживание. Для личинок Caenorhabditis elegans лёгкое обезвоживание тоже оказалось полезным: их пребывание в течение 480 дней при температуре - 80 градусов по Цельсию не произвело после их оттаивания никакого негативного эффекта на их жизнеспособность и репродуктивные качества.
Как отмечают Вамшидхар Гаде и Темо Курчалия, «наши экспериментальные данные помимо всего прочего говорят о том, что Caenorhabditis elegans может оставаться жизнеспособным в состоянии приостановки жизнедеятельности в течение более длительного времени, чем было задокументировано ранее. В целом, наше исследование показывает, что нематоды разработали механизмы, позволяющие сохранять жизнь на протяжении геологических периодов».
«Полученные нами результаты, — заключает Филипп Шиффер, один из руководителей исследования и авторов публикации о нём, — позволяют лучше понять эволюционные процессы, потому что, как оказалось, время жизни одного поколения может варьировать от нескольких дней до нескольких тысячелетий, а долгосрочное выживание особей какого-то вида способно привести к возрождению линий эволюции, которые в противном случае были бы завершившимися». «Можно будет сравнить способности выживать P. kolymaensis и других видов Panagrolaimus, геномы которых секвенируют сейчас Шиффер и его коллеги, — добавляет Юджин Майерс, — поскольку их геномы очень схожи». Филипп Шиффер убеждён, что «изучение адаптации видов к такого рода экстремальным условиям путём анализа их геномов позволит нам разработать лучшие стратегии выживания в условиях глобального потепления». «Благодаря данному исследованию, — отмечает Теймураз Курчалия, — задокументированная у нематод продолжительность криптобиоза увеличилась на десятки тысяч лет».
Подготовка материала — Александр Горлов, «XX2 ВЕК».
Источники: https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1010798, https://m.polit.ru/news/2023/08/01/ps_panagrolaimus_kolymaensis/.
Вам также может быть интересно:
