Как тихоходки оказались в космосе
Шведский исследователь Ингемар Йонссон из Университета Кристианстада вместе с коллегами из Европейского космического агентства в рамках научного эксперимента отправил в космос два вида тихоходок — Richtersius coronifer и Milnesium tardigradum.
Тихоходки — микроскопические беспозвоночные, которых также называют «водяными медведями». Их длина редко превышает 1,5 мм, а скорость передвижения — 2-3 мм в минуту. Живут они во мхах, пресных водоемах и почве, там, где есть влага.
Животных разместили на платформе Biopan-6 в высушенном состоянии, известном как «тун». В таком виде тихоходки теряют почти всю воду и впадают в состояние криптобиоза — глубокого замедления обмена веществ, при котором организм перестает реагировать на большинство внешних раздражителей.
Тихоходок разделили на три группы. Первая находилась в вакууме без доступа света. Вторая получила дозу мягкого ультрафиолета — лучей спектров UV-A и UV-B, которые земная атмосфера частично задерживает. Третья столкнулась с полным спектром солнечной радиации, включая жесткий вакуумный ультрафиолет, не доходящий до поверхности Земли. Каждую группу дополнительно облучали космическими лучами — потоком заряженных частиц из глубокого космоса и от Солнца.
Результаты ошеломили даже самих исследователей:
Тихоходки из первой группы выжили практически все — без заметных потерь по сравнению с контрольной партией, оставшейся на Земле. Вакуум сам по себе, без солнечного света, не нанес им ощутимого вреда.
Во второй группе после увлажнения ожили около 68% особей Milnesium tardigradum, хотя часть из них позже погибла от накопленных повреждений.
В третьей группе, получившей полный удар ультрафиолета, выжили только три особи. Таков итог прямого столкновения с жестким солнечным излучением без защиты.
Почему ультрафиолет оказался опаснее вакуума
Разница между вакуумом и радиацией объясняется тем, как именно эти факторы действуют на живой организм. Космический вакуум — это отсутствие воздуха и чрезвычайно низкое давление. Для существа, которое уже высохло и перешло в «тун», отсутствие воздуха не создает дополнительной нагрузки: дышать ему в этом состоянии все равно нечем, а испаряться из тела больше нечему. Вода в организме тихоходки к моменту попадания в космос уже замещена другими веществами, и вакуум не может ее «вытянуть».
Ультрафиолет — это иной тип воздействия. Фотоны жесткого УФ-диапазона несут достаточно энергии, чтобы разрывать химические связи в молекулах ДНК. Тихоходка, даже высушенная, остается уязвима для этого потока: ее клетки получают повреждения, которые не успевают восстанавливаться, пока обмен веществ практически остановлен.
В эксперименте на «Фотоне-М3» доза жесткого ультрафиолета превысила 7000 кДж/м² — величина, многократно превосходящая любые земные показатели. Три выжившие особи Milnesium tardigradum столкнулись с этой дозой и не погибли, но назвать такой результат массовым выживанием нельзя.
Как устроена молекулярная защита тихоходок
Устойчивость тихоходок держится на трех независимых механизмах. Они включаются, когда животное теряет воду и переходит в состояние «туна»:
Сахар трегалоза. В обезвоженном состоянии это соединение замещает воду в клетках и помогает белкам сохранять форму.
Белки CAHS — от английского cytoplasmic abundant heat-soluble. При обезвоживании они превращаются в гель, а затем в стеклоподобную массу. Эта масса механически удерживает клеточные структуры от разрушения.
Белок Dsup — damage suppressor, «подавитель повреждений». Он связывается с молекулой ДНК и обволакивает ее защитным облаком. Так гидроксильные радикалы, которые возникают под действием радиации, не добираются до генетического материала.
Эти механизмы не делают тихоходку неуязвимой. Они дают ей время и структурную поддержку, чтобы пережить неблагоприятный период в почти выключенном состоянии.
Когда вода возвращается, белки CAHS растворяются, Dsup отпускает ДНК. Клетка постепенно возобновляет обычную работу. Восстановление занимает от нескольких минут до нескольких часов — в зависимости от вида и глубины обезвоживания.
Что стоит за словами «тихоходки выживают в космосе»
Утверждение, что тихоходки выдерживают открытый космос, верно ровно настолько, насколько верна любая научная формулировка, вырванная из контекста.
Они выдерживают вакуум. Переживают космическую радиацию в тех дозах, которые получили на околоземной орбите за десять суток. Переносят комбинацию вакуума и мягкого ультрафиолета, хотя и с потерями.
Но жесткий ультрафиолет без экрана убивает почти всех. Животные, отправленные в космос, находились в состоянии криптобиоза. Их метаболизм был практически остановлен. Именно это позволило им пережить условия, которые активную тихоходку убили бы быстрее.
Понимание молекулярных механизмов устойчивости тихоходок уже приносит практическую пользу. Белок Dsup вставили в культуру человеческих клеток — и они стали заметно лучше переносить облучение. А способность тихоходок превращаться в «стекло» при высыхании подсказывает идеи для хранения вакцин и лекарств без холодильника — в сухом виде, при комнатной температуре.
Тихоходки действительно пережили десять дней в открытом космосе без защиты. Но выживание далось не всем и не в одинаковых условиях. Те три особи, что прошли через полный спектр солнечной радиации, — исключение, а не правило. И самое важное: они сделали это в состоянии, которое ближе к многолетней спячке, чем к активной жизни.
Ранее мы рассказали читателям, влияет ли цвет кошки на ее характер.