Коловратки, которых почти невозможно увидеть невооруженным глазом, способны выдерживать гигантские дозы облучения, как никто другой на Земле.
Радиация является одним из самых смертоносных стрессовых факторов, с которыми может столкнуться живое существо. Но некоторые микроскопические животные являются супервыживальщиками. В частности, один из видов коловраток может выдержать значительные дозы радиации, что не под силу человеку.
Как пишет известный биолог Скотт Треверс для Forbes, коловратки являются увлекательным примером адаптивных стратегий жизни на Земле, которые "расширяют границы того, что мы считали возможным".
Это крошечные, в основном пресноводные животные, обычно менее миллиметра в длину. Их можно найти по всему миру в пресноводных средах обитания, на влажных мхах, в почвенных пленках и даже в мимолетных лужах, которые периодически высыхают.
Но под микроскопом они невероятно сложны для своего размера: у них есть мышечные глотки, реснитчатые структуры, используемые для движения и питания, а также системы органов. Однако то, что делает их особенно необычными, – это то, что они могут пережить воздействие доз ионизирующего излучения, в 1000 раз превышающих то, что может выдержать человек. Каким-то образом организм, меньший, чем тот, который мы можем даже увидеть, способен восстанавливать повреждения ДНК, которые были бы катастрофическими для большинства других животных.
Для людей крайне вредны дозы радиации даже от 5 до 10 Гр. В то же время, коловратки могут выдерживать дозы свыше 5000 Гр, и большая часть их репродуктивной способности сохраняется после выздоровления.
Такие бактерии, как Deinococcus radiodurans, также могут выдерживать огромные дозы облучения, а некоторые тихоходки также выдерживают высокие уровни радиации. Но коловратки отличаются тем, что способны возобновлять активную жизнь после чрезвычайных повреждений.
Например, тихоходки могут выдерживать высокий уровень радиации, находясь в криптобиотическом состоянии. Коловратки, напротив, могут восстанавливать повреждения, вызванные радиацией, находясь в состоянии активности.
"Многие удивляются, как такой подвиг возможен для такого маленького организма. Интересно, что исследователи обнаружили, что их устойчивость к радиации, вероятно, связана с их способностью переживать полное высыхание. То есть те же механизмы, которые позволяют им восстанавливать повреждения ДНК, вызванные экстремальным обезвоживанием, также помогают им противостоять ионизирующему излучению", – пишет Треверс.
Он напомнил, что в исследовании 2014 года, опубликованном в журнале "Journal of Evolutionary Biology", выяснилось, что бделлоидные коловратки (один из видов этих животных) могут пережить длительное высыхание, перейдя в состояние анабиоза. В этом состоянии их метаболизм падает почти до нуля, поскольку их ДНК фрагментируется. Но как только они снова попадают в воду, они регидратируются и быстро восстанавливают повреждения без проблем.
И, как обнаружили исследователи, этот мощный механизм репарации ДНК также невероятно эффективен против разрывов ДНК, вызванных радиацией.
Ионизирующее излучение убивает клетки, главным образом разрывая нити, составляющие ДНК организмов. Когда ДНК разрывается во многих местах одновременно – как это происходит при высоких дозах облучения – биологи предполагали, что большинство многоклеточных организмов не имеют возможности правильно собрать свои геномы.
Исследователи предполагали, что из-за накопления ошибок в процессе репарации радиационное воздействие почти всегда приводит к гибели клеток или нарушению их работы. Однако, как объясняет исследование PNAS 2008 года, коловратки бделлоидного происхождения развили чрезвычайно эффективные системы репарации ДНК.
В частности, когда радиация разбивает их геномы на десятки или сотни фрагментов, их клеточный механизм сшивает ДНК с чрезвычайной точностью. Исследование подтвердило, что коловратки, подвергшиеся воздействию чрезвычайно высокой радиации, демонстрировали массовую фрагментацию ДНК вскоре после облучения. Однако в течение нескольких часов или дней большинство этих фрагментов снова соединялись, и впоследствии восстанавливались нормальные клеточные функции.
Эта способность, скорее всего, не возникла из-за того, что коловратки регулярно подвергались воздействию радиации в дикой природе, по крайней мере, не в смертельных дозах. Скорее всего, это связано с частыми циклами высыхания и регидратации, которые так часто происходят в их естественной среде обитания.
Этот механизм объясняет их устойчивость к радиации: окислительный стресс, вызванный радиацией, приводит к разрывам ДНК, очень похожим на те, что вызваны высыханием. Тихоходки эволюционировали, чтобы справляться с одной формой экстремальных повреждений, но этот механизм, по стечению обстоятельств, позволяет им переносить и другую.
Напомним, что бактерии тихоходки являются примером устойчивости, ведь могут выдержать пребывание даже в открытом космосе. Однако, как обнаружили исследователи, даже им оказалось не под силу пребывание в марсианском грунте. Хотя, если такой грунт промыть, он уже становится пригодным для этих бактерий.