Тихоходки — это микроскопические животные , которые могут выживать во множестве условий, которые слишком экстремальны, чтобы когда-либо встречаться на Земле, - и ученые хотят узнать их секрет.
Крошечные тихоходки претендуют на славу сразу по трем причинам:
- их очаровательно пухленькая внешность,
- восхитительные распространенные названия (водяной медведь и моховой пятачок)
- и потрясающая устойчивость перед лицом угроз, начиная от космического вакуума и заканчивая температурами, близкими к абсолютному нулю.
Теперь ученые определили ключевой механизм, способствующий жизнестойкости тихоходок — своего рода молекулярный переключатель, который запускает стойкое состояние покоя. Исследователи надеются, что новая работа, опубликованная 17 января в журнале PLOS ONE, будет способствовать дальнейшему изучению способности микроскопических существ выдерживать экстремальные условия.
“Это открыло целый огромный набор экспериментов, которые мы теперь можем проводить”, - говорит Лесли Хикс, химик из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и соавтор исследования.
Исследования начались, когда Деррик Коллинг, химик из Университета Маршалла, поместил тихоходку в машину, которая обнаруживает “свободные радикалы”, или атомы, содержащие неспаренные электроны (это электрон, который занимает орбиталь атома отдельно, а не в составе электронной пары). Он увидел, как такие атомы образуются у тихоходки. Это открытие неудивительно, потому что нормальные метаболические процессы животного, а также стрессовые факторы окружающей среды, такие как дым и другие загрязняющие вещества, создают свободные радикалы внутри клеток.
При их накоплении свободные радикалы — в первую очередь реакционноспособные формы кислорода — выхватывают электроны из окружающей среды для достижения стабильности в процессе, известном как окисление. В процессе работы эти радикалы повреждают клетки и соединения, такие как ДНК и белки. Но в небольших количествах свободные радикалы могут действовать как сигнальные молекулы, и лабораторные исследования показывают, как эти атомы влияют на поведение клетки, накапливаясь в различных белках и выделяя их из себя.
Когда были обнаружены свободные радикалы в тихоходках, ученые задались вопросом, могут ли эти атомы играть роль в выносливости животного. Команда разработала несколько экспериментов, чтобы временно подвергнуть маленьких водяных медведей воздействию в условиях, вызывающих стресс и продуцирующих свободные радикалы, включая высокое содержание соли, сахара и перекиси водорода.
При таких формах стресса тихоходки сворачиваются во временное защитное состояние покоя. В условиях сильного стресса они становятся мастерами самозащиты. Исследователи следили за тем, вошли ли тихоходки в свое защитное состояние, и, если да, смогут ли они прийти в норму и возобновить нормальную деятельность при улучшении условий.
Итак, ученые подвергли тихоходок воздействию различных видов молекул, которые, как известно, блокируют окисление цистеина, как ученые называют связывание свободным радикалом. В стрессовых условиях, когда цистеин недоступен для продуцируемых свободных радикалов, тихоходки не могут образовывать мембраны.
Новая работа согласуется с предыдущими исследованиями, показывающими роль окисления цистеина у мошек, известных тем, что они выдерживают полное высыхание. Сходство предполагает, что механизм может быть распространенным триггером для тунцов и других форм стойкого покоя, явления, которое ученые называют криптобиоз.
Тем не менее, исследователи говорят, что предстоит проделать гораздо больше работы, чтобы понять, как свободные радикалы действуют на тихоходок. Устойчивое состояние покоя - не единственная тактика, которую используют водные медведи, чтобы пережить экологический стресс, и команда планирует изучить эти другие стратегии более детально. Исследователи также планируют изучить другие виды тихоходок (они использовали только Hypsibius exemplaris). Они ожидают обнаружить, что окисление цистеина широко используется среди животных.
В мире науки эта работа может послужить основой для исследований старения и космических путешествий, которые связаны со свободными радикалами, повреждающими жизненно важные клеточные механизмы, такие как ДНК и белки.
По материалам статьи научного журналиста из Нью-Йорка Меган Бартельс.