Niektóre organizmy wykształciły umiejętność wchodzenia w stan wstrzymania metabolizmu zwany kryptobiozą, gdy warunki środowiskowe są niesprzyjające. To pozwala im przetrwać w ekstremalnych warunkach przez bardzo długi czas. Szlaki molekularne i biochemiczne, które są wykorzystywane przez te organizmy, nie zostały do końca poznane. Uczeni nie wiedzą też, na jak długo stworzenia te potrafią wchodzić w taki stan. Dokładne datowanie organizmu uwolnionego z syberyjskiej zmarzliny kilka lat temu pokazuje, że pewien nicień potrafił przetrwać w kryptobiozie aż 46 tys. lat, po czym wrócił do życia.
W 2018 roku pobrano próbki osadów z syberyjskiej zmarzliny. Naukowcy znaleźli w nich setki żyjątek, zamrożonych przez ostatnie kilkadziesiąt tysięcy lat. Próbki pobrane z odległych części północno-wschodniej Rosji zawierały nicienie dwóch różnych rodzajów. Badacze umieścili je na szalkach Petriego wraz z pożywką w temperaturze 20 st. Celsjusza. W ciągu kilku tygodni po rozmrożeniu, niektóre osobniki zaczęły wykazywać oznaki życia.
Wstępne badania wykazały, że nicienie te należą do rodzajów Panagrolaimus i Plectus. Te pierwsze zostały znalezione na głębokości około 30 metrów pod ziemią. Badacze uważają, że niegdyś w miejscu tym była nora wiewiórki ziemnej, która zatonęła i zamarzła około 32 tys. lat temu. Te z rodzaju Plectus znaleziono w próbce odwiertu z głębokości około 3,5 metra. Datowanie węglem wskazało, że próbka ma około 42 tys. lat (więcej na ten temat w tekście: Nicienie zamrożone przez 42 tys. lat wróciły do życia).
Nowe analizy wykazały jednak, że osobniki Panagrolaimus pozostawały w kryptobiozie znacznie dłużej. Badacze zasugerowali, że od co najmniej od 46 tys. lat. Co więcej, szczegółowe badania genomu oraz analiza morfologiczna pokazała, że należą one do nieopisanego wcześniej gatunku, który został nazwany Panagrolaimus kolymaensis.
Wyniki i opis badań ukazał się na łamach pisma „PLOS Genetics” (DOI: 10.1371/journal.pgen.1010798).
Nowo opisany gatunek nicienia przeleżał w skamieniałej norze wiewiórki od późnego plejstocenu. W 2002 roku skamieniałość została wydobyta i ulokowana w magazynie aż do 2018 roku. Wtedy zaczęto ją badać, ujawniając setki zamrożonych nicieni.
Po podaniu pożywki i umieszczeniu w temperaturze pokojowej, część nicieni zaczęła wykazywać oznaki życia. Naukowcy hodowali prastare nicienie przez ponad 100 pokoleń. Następnie pod lupę wzięli je naukowcy pod kierunkiem ekspertów z Instytutu Maxa Plancka w Niemczech i przeprowadzili analizę genomu, co poskutkowało odkryciem nowego gatunku - Panagrolaimus kolymaensis.
Świat nauki nie zna zbyt wielu stworzeń, które byłyby zdolne do wejścia w stan kryptobiozy, w odpowiedzi na trudne warunki środowiskowe. Wśród nich są m.in. niesporczaki, wrotki czy właśnie nicienie. Ta zmiana stanu wymaga wykonania kombinacji szlaków genetycznych i biochemicznych, które umożliwiają organizmowi przetrwanie przez dłuższy czas w ekstremalnych warunkach.
Badacze porównali nowo opisany gatunek z innym nicieniem, który chętnie jest wykorzystywany w badaniach laboratoryjnych. Chodzi o Caenorhabditis elegans. Porównawcza analiza genomu wykazała, że zestaw narzędzi molekularnych do kryptobiozy u P. kolymaensis i C. elegans, jak i mechanizmy biochemiczne stosowane przez te dwa gatunki do przetrwania trudnych warunków, są podobne. Z badań wynika, że nicienie wyewoluowały mechanizmy, które potencjalnie pozwalają im wejść w tzw. stan życia ukrytego czy utajonego, czyli kryptobiozę, na okres liczony w geologicznych skalach czasowych.
Naukowcy skorzystali z najnowszych technologii datowania radiowęglowego. Zastosowali je na materiale roślinnym znalezionym w pobliżu stworzenia i ustalili, że okres zamarzania zaczął się gdzieś między 45 839 a 47 769 lat temu. To rekord jeśli chodzi o czas spędzony w kruptobiozie.
Zespół chce teraz dowiedzieć się, jaką rolę w kryptobiozie odgrywają wspólne geny znalezione zarówno u P. kolymaensis jak i C. elegans i czy istnieje górna granica tego, jak długo mogą pozostawać w tym stanie.
W eksperymentach prowadzonych w laboratorium uczeni zmusili nicienie do wejścia w stan anhydrobiozy, który jest jednym z rodzajów kryptobiozy, wywołany brakiem wody. Doświadczenia te prowadzili na gatunku modelowym C. elegans oraz na nowo opisanym P. kolymaensis. Gdy to się udało, zespół zaobserwował wzrost produkcji cukru zwanego trehalozą, który ich zdaniem może pomóc chronić błony komórkowe nicieni przed odwodnieniem.
Uczeni następnie zamrozili nicienie w temperaturze minus 80 stopni Celsjusza i odkryli, że wysuszenie poprawiło przeżywalność obu gatunków. Nicienie, które zostały zamrożone w tej temperaturze bez wcześniejszego odwodnienia, umierały natychmiast.
Naukowcy doszli do wniosku, że nicienie, wyposażone w szlaki molekularne do radzenia sobie z warunkami arktycznymi, ewoluowały, aby przetrwać w tych stanach hibernacji przez wiele tysięcy lat. To oznacza, że pradawne gatunki nicieni i prawdopodobnie też innych stworzeń, mogą odrodzić się, gdy zmarzlina ustąpi, a nastąpi to prędzej czy później w ocieplającym się klimacie.
Źródło: Science Alert, Live Science, fot. Shatilovich et al, 2023, PLOS Genetics; (CC-BY 4.0)
