Игорь Лалаянц
На сегодня известно более 1100 видов тихоходок (морских, пресноводных и наземных). При этом более 170 – только в Японии. Фото Габриэля Уиллоу
Даже простое увеличительное стекло позволяет увидеть любопытный элемент довольно сложной системы. Речь идет о микроскопических (не более миллиметра) беспозвоночных, близких к членистоногим, – тихоходках. Эти животные имеют восемь миниатюрных ножек, на концах которых видны изогнутые, как у хищных птиц, коготки. За мощные «лапы» и когти на них немец Иоганн Гёце назвал в 1773 году тихоходок «маленькими водными медвежатами» (Wasserbar).
Сегодня в мире известно более 1100 видов тихоходок (морских, пресноводных и наземных). При этом более 170 – только в Японии. Наряду с двумя другими модельными организмами – мухой-дрозофилой и круглым червячком с красивым названием С. elegans тихоходки стали излюбленным объектом биологов, так как их клетки и метаболизм намного ближе к позвоночным. К тому же они являются современницами некогда доминировавших на Земле динозавров.
Эти маленькие водные медвежата, подобно большим медведям, могут впадать в спячку-гибернацию. Это состояние еще называют криптобиозом. Считается, что подобный метаболический переход возник еще в те времена, когда деревья были только хвойными (около 359–299 млн лет назад). С хвойными деревьями, вернее их смолой, связаны четыре находки тихоходок в янтаре возрастом 84–72 млн лет. Их мог бы упомянуть в своем «Путешествии к центру Земли» Жюль Верн, если бы в его время уже нашли один из видов в южноафриканской золотой шахте на глубине 2,8 км! На такой глубине уже сильно сказывается радиоактивность, способствующая расщеплению молекул СО2 и аммиака. В результате житель земных глубин получает доступ к углероду и азоту, которые необходимы для синтеза белков и нуклеиновых кислот.
Благодаря криптобиозу тихоходки успешно переживают тяготы жизни в обезвоженном состоянии, при замораживании до 200 градусов ниже нуля, а также радиации, которая в 1000 раз выше той, что может вынести человек. «Водяных медведей» облучали на МКС и на Луне, после чего возвращали на Землю, в щадящих условиях которой они возвращались к жизни, то есть реанимировали. Некоторые исследователи даже выражают опасения, что непродуманные внеземные эксперименты могут способствовать «колонизации» нашего спутника микроорганизмами, которые легко переносят космическую радиацию.
Опыты с вирусами – вспомним о том же COV – могут приводить к самым непредсказуемым последствиям. В то же время тихоходки с их удивительной радиорезистентностью и засухоустойчивостью свидетельствуют в пользу панспермии, то есть рассеянию в пространстве спор жизни. Они, эти споры, возможно, были занесены на Землю, у которой была атмосфера, но азотная. Кислород в атмосферу стали производить водоросли, верхом развития которых стали зеленые, наладившие фотосинтез за счет энергии Солнца. Для их клеток кислород, с его способностью давать агрессивные кислородные радикалы (ROS), был страшным ядом. Поэтому водоросли его и стали выбрасывать в воду и атмосферу, которая постепенно стала окислительной.
Следствием этого стали два неблагоприятных феномена: порывы цепей ДНК (одной ssb – single strand break иди двух dsb) и окисление аминокислоты цистеина. У нее в боковой цепи имеется сера, которая, окисляясь, избавляется от водорода. При этом две серы могут образовать дисульфидный мостик, удерживающий две цепи белка (в молекуле инсулина две цепи, удерживаемые вместе дисульфидными мостиками).
Окисление цистеина обратимо под действием закисления среды, ведущего к увеличению концентрации протонов – положительно заряженных ионов водорода. Аминокислота окисляется под действием ROS, но в стрессовых условиях, вызванных действием блокаторов окисления цистеина, тихоходки не могут перейти в покоящееся состояние. Из этого ученые Университета Северной Каролины в г. Чепл-Хилл сделали вывод о природе молекулярного механизма перехода «к покою».
С другой стороны, известно, что различные состояния клеток регулируются эпигенетически. В простейшем случае это метилирование, или присоединение метильных групп –СН3 к цитозину ДНК (одной из четырех «букв» генетического кода). Чаще всего метилирование приводит к выключению активности генов и повышению плотности упаковки нуклеосом – белковых глобул, на которые «намотана» ДНК.
После вытеснения метильных групп ацетильными (остатками уксусной кислоты) происходит активация генов и синтез кодируемых ими протеинов. Это и обеспечивает реанимацию тихоходок после их согревания и обводнения. Действие же радиации на ДНК блокируется специальным белком, получившим название Dsup (DNA Damage-suppression). Он обладает высокой регенеративной способностью восстановления целостности цепей ДНК. Эти удивительные свойства белка предлагается использовать для обеспечения защиты летчиков и космонавтов во время долговременных полетов, а также для защиты здоровых тканей при радиационном облучении опухолей.
