WhatsAppRedditShareEmailTweetPin0 Shares
В художественной литературе зомби — это мертвое существо, которое технически не является мертвым. Это противоречит науке, потому что нельзя быть одновременно мертвым и ходить, поэтому нам приходится отбросить скептицизм и принять идею о том, что что-то каким-то образом оживило труп и позволило ему функционировать.
В реальной жизни границы между жизнью и смертью размыты. Все мы слышали о муравьях-зомби и других насекомых, зараженных грибком, который убивает их, но позволяет им продолжать двигаться. Но это не единственное, о чем следует знать. Криптобиоз балансирует на грани жизни и смерти и делает ситуацию очень запутанной, если у вас слишком много предвзятых представлений о том, что означают жизнь и смерть.
Группа ученых, проводивших бурение недалеко от Антарктиды, обнаружила в льду, из которого брали образцы, древний мох, которому было 1500 лет. Все, что находится во льду 1500 лет, мертво, верно? Не все.
В ледяных отложениях возрастом от 100 000 до 8 миллионов лет были обнаружены одноклеточные организмы, такие как бактерии. Эти бактерии ожили и продолжили расти, хотя, возможно, не так активно, как более свежие.
Но найденный мох оказался гораздо сложнее бактерий. Это был многоклеточный организм. Тем не менее, команде удалось его оживить. Он снова начал расти, вселяя надежду на то, что и более древние мхи, возраст которых может достигать 6000 лет, тоже могут быть возрождены.
Это пример криптобиоза. Состояние крайней бездеятельности или анабиоза, при котором практически все метаболические функции организма прекращаются. Обычно это происходит из-за крайне неблагоприятных условий, например, замораживания в Антарктиде, и является последней попыткой сохранить жизнь организму. И в некоторых случаях это может сработать в самых экстремальных условиях в течение очень долгого времени.
Как это работает?
Как мы уже упоминали, замораживание потенциально может привести к состоянию криптобиоза, но это далеко не единственная его причина. Например, вы когда-нибудь пробовали морских обезьянок? Морские обезьянки — это рачки артемии, а тот маленький пакетик с порошком, который вы добавляете в воду и размешиваете, превращая его в морских обезьянок, — это обезвоженные яйца артемии.
Яйца артемии чрезвычайно устойчивы и могут выдерживать криптобиоз при высыхании, в условиях экстремально соленой среды или в среде, полностью лишенной кислорода.
Такие организмы, как коловратки, тихоходки, семена, некоторые виды рыбьей икры и дрожжи, в той или иной форме подвергаются криптобиозу. Даже некоторые насекомые могут его пережить.
В норме любой живой организм имеет какой-либо метаболизм, необходимый для выживания. Ему нужно производить энергию химическим путем: фотосинтез, пищеварение или что-то подобное. Но при криптобиозе метаболизм фактически прекращается, поэтому организму больше не нужна эта энергия для выживания до тех пор, пока условия не станут более благоприятными для жизни и он не сможет возродиться.
Для того чтобы организм смог восстановиться, должны быть соблюдены идеальные условия, как, например, когда вы помещаете икру артемии в воду, чтобы вылупить морских обезьянок. Если условия никогда не улучшаются, организм может погибнуть. Не все из них могут жить так долго, как тот мох во льду. Некоторые могут прожить месяцы, некоторые даже несколько лет, но редко какие сложные организмы живут дольше этого. Например, креветки-борзые могут прожить 25 лет в криптобиозе. А тихоходки? Они еще более удивительны.
Выживание тихоходок
Тихоходки — одни из самых удивительных существ на Земле. Они способны выживать в самых экстремальных условиях, и отчасти секрет их выживания кробиоз является одним из них.
Тихоходки способны выживать в вакууме космоса. В 2007 году Россия отправила 3000 из них в космос, а затем оставила на 10 дней вне его. В итоге 68% из них пережили пребывание в условиях отсутствия кислорода и воздействия космической радиации, и у всех родилось здоровое потомство.
Другие тихоходки подвергались облучению дозами в 1000 раз превышающими смертельную дозу для человека. Эти маленькие существа вырабатывали пигменты, называемые беталаинами, которые нейтрализовали радиационное повреждение. При введении людям эти беталаины также обеспечивали им большую устойчивость к радиации.
Что касается экстремальных температур, тихоходки были посажены в условия, когда температура опускалась до 0,05 Кельвина, что едва превышает абсолютный ноль (-272,95 градуса Цельсия), и поднималась до 150 градусов Цельсия. Они провели 30 лет в морозильной камере и выдержали давление в 40 000 килопаскалей.
Несмотря на кажущуюся выносливость этих маленьких существ, им необходима вода для нормального выживания. Если их вынуть из воды, они высыхают и превращаются в так называемый тун, это их криптобиотическое состояние. Именно это состояние позволяет им выживать в условиях экстремального холода, жары, давления, радиации и даже времени.
В своем нормальном, здоровом состоянии тихоходка может прожить от 8 месяцев до нескольких лет. Но в криптобиозе она может прожить более столетия.
Раньше учёные считали, что тихоходки выживают в условиях криптобиоза благодаря сахару трегалозе. Когда другие организмы высыхают, они вырабатывают трегалозу, чтобы остаться в живых. Но тихоходки вырабатывают её очень мало или совсем не вырабатывают. Вместо этого у тихоходок есть специфические гены и белки, которые позволяют им выдерживать экстремальные условия, с которыми они сталкиваются в криптобиозе. Эти белки, по сути, образуют стекловидное вещество внутри клеток тихоходок, чтобы поддерживать их жизнеспособность в обезвоженном состоянии. Полный механизм до сих пор остаётся несколько загадочным, но это лишь часть объяснения.
Особенность тихоходок заключается в том, что они по-разному выживают в различных экстремальных условиях. Криптобиоз — это общий термин. Например, при воздействии сильного холода тихоходку поддерживает жизнь криобиоз. Когда нет воды? Это ангидробиоз. Если бы они оказались в экстремально соленой среде? Это был бы осмобиоз.
Различные виды криптобиоза по-разному влияют на тихоходок, а это значит, что в разных механизмах его протекания задействованы разные функции. Каждый из них необходимо изучать индивидуально, чтобы понять, как он работает. В то время как биостеклянные структуры могут поддерживать их жизнеспособность во время ангидробиоза, криобиоз может включать в себя выработку своего рода биологического антифриза, вещества, предотвращающего замерзание цитоплазмы или, возможно, даже изменяющего тип кристаллов льда, образующихся в клетках, так что они принимают состояние, позволяющее тихоходке безопасно восстановиться.
Учитывая, что могут пережить тихоходки, вполне резонно задаться вопросом, может ли что угодно убить существо в состоянии криптобиоза, или же эти организмы фактически бессмертны?
Бессмертие
Коловратки — это микроскопические организмы, обитающие в пресной воде. Они также удивительно выносливы, хотя и не достигают уровня тихоходок. Тем не менее, однажды коловратку, пережившую криптобиоз в течение 24 000 лет, удалось вернуть к жизни. Несмотря на свои небольшие размеры, они обладают мозгом, мышцами и множеством клеток. До обнаружения этой коловратки считалось, что в условиях криптобиоза они могут прожить лишь около десяти лет.
Нематоды — это разновидность круглых червей. Было идентифицировано более 30 000 видов, но предполагается, что их могут быть миллионы. По крайней мере один вид нематод был заморожен в арктическом льду в эпоху плейстоцена, а затем возродился в настоящее время, 46 000 лет спустя. Как ему это удается? Тем же способом, которым, как мы раньше думали, это делали тихоходки.
Нематода регулирует выработку сахара под названием трегалоза. Он защищает клеточные мембраны и позволяет организму выживать в условиях сильного холода практически неограниченно долго.
По сути, сахар замещает воду в любой мембране, благодаря чему она выглядит увлажненной, поскольку ее форма сохраняется, даже если воды в ней больше нет.
Тихоходки могут жить около столетия в криптобиозе. Мы слышали о мхе, который жил 1500 лет, но теперь рекорд по продолжительности жизни принадлежит нематодам.
Сорок шесть тысяч лет — это, безусловно, долгий срок для выживания чего-либо. Но помните, нематода — довольно сложный организм по сравнению с одноклеточными бактериями. И мы уже видели, что некоторые бактерии потенциально могут выживать миллионы лет. Если вам интересно, какие бактерии из всех обнаруженных нами являются самыми долгоживущими, вам следует взглянуть на простую пчелу.
Ученые обнаружили пчелу, сохранившуюся в янтаре, в стиле «Парка Юрского периода» . Возраст пчелы составляет от 25 до 40 миллионов лет. Нет, пчела не ожила, но в ее желудке были бактерии, пережившие это испытание благодаря криптобиозу. Ученым удалось ее оживить, сделав ее старейшим живым организмом на Земле.
При благоприятных условиях эти организмы могут выживать в криптобиозе чрезвычайно долгое время, но они ни в коем случае не бессмертны. Более 30% тихоходок, оставленных в космосе, погибли. При воздействии экстремальных температур на криптобиотические яйца артемии многие из них погибают.
Стоит помнить, что криптобиоз никогда не является идеальным состоянием для живого организма. Это выживание в самом экстремальном его проявлении. Это последняя отчаянная попытка организма удержаться за жизнь, ожидая возвращения благоприятных условий. Но если ситуация ухудшится, организм погибнет.
Всё это очень интересно, но имеет ли это какое-либо отношение к человечеству? Мы видели, что устойчивость тихоходок к радиации потенциально может принести пользу человечеству, но есть ли в криптобиозе что-то, что может нам помочь? Очевидно, что мы слишком сложны, чтобы воспроизвести нечто подобное криптобиозу. Если мы окажемся в условиях экстремальных температур, экстремального радиационного облучения и сильного обезвоживания, мы просто умрём. Но есть ли способ адаптировать то, что мы знаем об этих организмах, чтобы помочь себе?
Влияние на человека
Исследователи из Гарварда изучают белки, которые тихоходки используют для выживания в экстремальных условиях. Конечная цель — применить эти знания к людям, чтобы выяснить, сможем ли мы извлечь пользу из аналогичной устойчивости. Если бы мы смогли создать клетку, метаболизм которой замедляется, подобно тому, как тихоходка переходит в криптобиоз, мы могли бы предотвратить такие повреждения, как воспаление или даже гибель клеток.
Если белки, используемые тихоходками, можно адаптировать для человека, то такие заболевания, как инсульты, инфаркты, сепсис и другие, можно будет предотвратить на ранней стадии.
Другие исследования сосредоточены на устойчивости к радиации и на том, как её можно использовать для помощи астронавтам в длительных космических миссиях. Более того, с потенциальным развитием новых и более быстрых космических путешествий криптобиотические виды рассматриваются как новые кандидаты в астронавты. Организмы, которые мы можем отправлять в космос на огромные расстояния на длительные периоды, сохраняя их в первозданном виде, чтобы изучить, как они выдерживают суровые условия космического путешествия. Затем мы сможем попытаться применить эти знания в будущих пилотируемых миссиях, чтобы обеспечить лучшую выживаемость людей по мере дальнейшего исследования космоса и преодоления более суровых условий.
Ангидробиоз изучается как средство улучшения условий выращивания сельскохозяйственных культур и хранения продуктов питания. Мы могли бы предотвратить порчу урожая и обеспечить его рост в более суровых условиях, если бы смогли адаптировать эти методы к нашей системе продовольственного снабжения.
Трегалоза, сахар, который используют не только тихоходки, но и другие организмы, также применяется в медицине. Ее можно использовать для сохранения тромбоцитов и вакцин, которые необходимо транспортировать по всему миру в чрезвычайных ситуациях. Она не воздействует на весь организм целиком, но выполняет ту же функцию, поддерживая его жизнеспособность. Этот подход основан на изучении криптобиоза.
Трегалоза впервые была использована в 80-х годах для консервации лекарств, применяемых для лечения грибковых инфекций. Их консервировали с помощью этого сахара, а затем добавление воды активировало его и делало пригодным для использования.
Различные формы криптобиоза могут предложить широкий спектр применений. К ним относятся космические путешествия, достижения в медицине, потенциальная адаптация к изменению климата и производству продуктов питания. Вероятно, существует множество других применений, которые еще никто не рассматривал, но которые могут стать актуальными, как только процесс будет лучше изучен. Хорошая новость в том, что время не обязательно является проблемой. Что такое еще 46 000 лет?
Другие статьи, которые могут вас заинтересовать