Тихоходки — котики из мира беспозвоночных — снова удивляют. Учёным давно интересно, что делает их такими выносливыми и как именно тихоходки переносят экстремальные условия. Новое исследование указывает на свободные радикалы.
Тихоходки, они же водяные медведи, — одни из самых выносливых существ на свете. Эти микроскопические животные способны пережить экстремальные условия жары и холода — от кипящей воды до абсолютного нуля. Они выдерживают давление, в шесть раз превышающее давление в толще самых глубоких океанов. Они отлично себя чувствуют в радиации и даже в космическом вакууме. Всё ещё недостаточно круто? Тогда добавим, что тихоходки ещё и невероятно милые.
Так что же делает тихоходок такими живучими? Исследователи обнаружили биохимические триггеры, которые позволяют тихоходкам противостоять самым суровым условиям окружающей среды — и это может значительно помочь в развитии медицины.
Очаровательные экстремофилы
Тихоходок обнаружил в 1773 году немецкий зоолог Иоганн Август Эфраим Гезе и ласково называл их «маленькими водяными медведями». Три года спустя итальянский биолог Лаццаро Спалланцани придумал термин «Тардиграда», что означает «медленный шаг».
Восьминогих тихоходок отличает уникальная стратегия выживания, известная как криптобиоз. В ответ на экстремальный стресс со стороны окружающей среды тихоходки могут вытеснять более 95% воды из своего тела, втягивать конечности и входить в состояние анабиоза. За это время их метаболизм может упасть всего до 0,01% от нормального уровня. Эту замечательную адаптацию поддерживают водорастворимые белки, уникальные для тихоходок, которые образуют защитный кокон вокруг их клеток.
Исследователи во главе с Амандой Л. Смайтерс, научным сотрудником Института рака Дана-Фарбер и Гарвардской медицинской школы, были очень заинтригованы такими удивительными свойствами. Они хотели выяснить, что именно происходит внутри тихоходок, когда они сталкиваются с сильным стрессом и входят в состояние анабиоза, известное как «состояние бочонка».
Исследование завело учёных в кроличью нору со множеством неожиданных поворотов, которая в конечном итоге привела к неожиданному открытию — свободные радикалы.
Если коротко, то исследователи обнаружили, что когда тихоходки испытывают сильный стресс, их организм вырабатывает активные формы кислорода — нестабильные молекулы, которые могут повредить белки и ДНК. Нам эти молекулы известны, как «свободные радикалы». Когда свободные радикалы накапливаются, то могут вызвать окислительный стресс — дисбаланс между выработкой свободных радикалов и способностью организма детоксицировать их вредное воздействие или восстанавливать возникшие повреждения. Это повреждение может способствовать старению и различным заболеваниям, включая рак, сердечно-сосудистые заболевания и нейродегенеративные расстройства, такие как болезнь Альцгеймера.
Хотя свободные радикалы играют важную роль в поддержании работоспособности нашего организма, репутация у них так себе. Однако у тихоходок активные формы кислорода подают сигнал аминокислоте цистеину окисляться, что, в свою очередь, побуждает животное войти в защитное состояние. Эта реакция на окислительный стресс похожа на сигнализацию. Она позволяет тихоходкам превращаться в высушенную, спящую форму, которая может противостоять экстремальной жаре, холоду и другим воздействиям окружающей среды.
Что будет дальше
В этом исследовании интересна не только сама стратегия выживания тихоходок, а далеко идущие последствия для развития технологий и медицины. Механизмы, которые помогают тихоходкам противостоять экстремальным условиям, в теории могут поспособствовать разработке защитных материалов, реагирующих на аналогичные нагрузки. Их можно будет использовать в современном противопожарном оборудовании или материалах для космических кораблей, способных самовосстанавливаться в суровых условиях космического пространства.
Также понимание того, как тихоходки справляются с окислительным стрессом, может открыть новые стратегии по разрушению защиты раковых клеток.
Далее исследователи планируют выяснить, насколько распространён этот механизм среди более чем 1300 различных видов тихоходок.
