Woda jest kluczowym składnikiem życia na Ziemi. Są jednak stworzenia, które potrafią się bez niej obejść nawet przez dziesiątki lat. Mowa o niesporczakach. Naukowcy w końcu odkryli sztuczkę, którą te mikroskopijne zwierzęta wykorzystują, by przetrwać lata ekstremalnego odwodnienia.
Niesporczaki od lat zachwycają swoimi zdolnościami do przetrwania. Radzą sobie w różnych, skrajnie trudnych warunkach, często śmiertelnych dla większości innych form życia. Można sobie wyobrazić, że poznając ich sekrety, będziemy mogli zastosować tę wiedzę do siebie samych, aby uczynić ludzi bardziej odpornymi na ekstremalne temperatury, ciśnienie, a nawet odwodnienie. Na razie jest to tylko science fiction, ale mimo to naukowcy starają się zrozumieć mechanizmy odpowiedzialne za ich odporność, ponieważ może to przynieść również inne korzyści.
Te maleńkie stworzenia, o długości dochodzącej maksymalnie do milimetra, żyją niemal wszędzie, ale najchętniej zasiedlają środowiska wodne. Z tego też powodu bywają nazywane „niedźwiadkami wodnymi”. Mogą wytrzymać ciśnienie większe, niż to występujące w najgłębszej części oceanu. Tolerują wysoki poziom promieniowania jonizującego, ekspozycję na różnego rodzaju chemikalia no i są jedyną znaną nam formą życia, które przetrwało w przestrzeni kosmicznej.
Potrafią też obejść się bez wody nawet przez dekady. Naukowcy opisali właśnie mechanizm, który wyjaśnia, w jaki sposób te stworzenia mogą wytrzymać ekstremalne odwodnienie. - Mimo że woda jest niezbędnym składnikiem wszelkiego znanego nam życia, to niektóre niesporczaki mogą bez niej przetrwać potencjalnie przez dziesiątki lat. Sztuczka polega na tym, jak ich komórki radzą sobie z tym stresem podczas procesu odwodnienia - tłumaczy Takekazu Kunieda - biolog z Uniwersytetu Tokijskiego.
Nowe badania nad niezwykłymi właściwościami niesporczaków zostały opublikowane w „PLOS Biology” (DOI: 10.1371/journal.pbio.3001780).
Kiedy te wodne zwierzęta znajdą się w suchym środowisku, kurczą się i przyjmują okrągłą formę. W takiej postaci stają się wyjątkowo stabilne i mogą wytrzymać wiele ekstremów, w tym ekspozycję na próżnię kosmiczną. - Naukowcy uważają, że gdy woda opuszcza komórkę, jakiś rodzaj białka musi jej pomóc w zachowaniu siły fizycznej, aby nie zapadła się w sobie - wyjaśnia Kunieda.
Badacze sprawdzili więc grupę niesporczaków znanych ze swoich zdolności do przetrwania bez wody. W sumie wytypowali 336 białek, które mogły odpowiadać za to zjawisko. Po przetestowaniu kilku różnych rodzajów uczeni odkryli, że unikalne dla niesporczaków białka CAHS (cytoplasmic-abundant heat soluble) są odpowiedzialne za ochronę ich komórek przed odwodnieniem.
Wykorzystując eksperymenty na komórkach ludzkich i owadzich, badacze byli w stanie wykazać, że białka CAHS zwiększają sztywność komórek, wspierając je przed kurczeniem się spowodowanym utratą wody. Białka te chroniły też komórki przed nadmiarem wody.
Próba sprawdzenia, jak białka CAHS zachowywałyby się w hodowlanych komórkach owadów i ludzi, stanowiła wyzwanie dla badaczy, bo metoda ich barwienia zakłada wykorzystanie roztworów wodnych. Z tego względu badacze wykorzystali w eksperymentach etanol, co pozwoliło im zobaczyć białka CAHS w akcji wewnątrz komórek.
Białka CAHS wydają się działać jak struktury rusztowania komórkowego, podobne do cytoszkieletu komórki. Jednak działają tylko wtedy, gdy komórkom zaczyna brakować wody.
W odwodnionych komórkach białka CAHS łączą się ze sobą. Struktury przypominające cytoszkielet chronią komórkę przed całkowitym zniekształceniem z powodu braku wody i prawdopodobnie przyczyniają się do niezwykłej stabilności komórek. Proces ten, zwany anhydrobiozą, może zostać odwrócony, dzięki czemu niesporczaki mogą „rozpocząć” życie w tym samym momencie, w którym zaczęło im brakować wody lub wystąpiły inne ekstremalne warunki.
Naukowcy już wcześniej podejrzewali, że istnieje oparty na białkach mechanizm, który utrzymuje struktury komórkowe w stanie nienaruszonym podczas wysuszenia. Jednak poprzednie badania poszukiwały jedynie genetycznych składników tej zdolności. W nowych pracach uczeni skupili się na białkach.
Zgrabne biologiczne sztuczki, takie jak te, pozwoliły tym ośmionogim zwierzętom dotrzeć do wszystkich zakątków naszej planety: od palących kominów wulkanicznych i miażdżącego ciśnienia w głębinach naszych oceanów do lasów tropikalnych i lodowatej tundry. - Wszystko co dotyczy niesporczaków jest fascynujące - mówi Kunieda.
Ekstremalny zakres środowisk, w których te stworzenia mogą przetrwać, prowadzi nas do badania nigdy wcześniej niewidzianych mechanizmów i struktur. Dla biologa ta dziedzina to kopalnia złota – podkreśla naukowiec.
Źródło: University of Tokyo, Science Alert, fot. S Tanaka, H Sagara, T Kunieda.