Коловертки, яких майже неможливо побачити неозброєним оком, можуть переносити гігантські дози опромінювання, як ніхто інший на Землі.
Радіація є одним із найсмертоносніших стресових факторів, з якими може зіткнутися жива істота. Але деякі мікроскопічні тварини є супервиживальниками. Зокрема, один з видів коловерток може витримати значні дози радіації, що не під силу людині.
Як пише відомий біолог Скотт Треверс для Forbes, коловертки є захопливим прикладом адаптивних стратегій життя на Землі, які "розширюють межі того, що ми вважали можливим".
Це крихітні, здебільшого прісноводні тварини, зазвичай менше міліметра завдовжки. Їх можна знайти по всьому світу в прісноводних середовищах існування, на вологих мохах, у ґрунтових плівках і навіть у швидкоплинних калюжах, які періодично висихають.
Але під мікроскопом вони неймовірно складні як для свого розміру: у них є м'язові глотки, війчасті структури, що використовуються для руху та харчування, а також системи органів. Однак, що робить їх особливо незвичайними, так це те, що вони можуть пережити вплив доз іонізуючого випромінювання, у 1000 разів вище, ніж може витримати людина. Якимось чином організм, менший за той, що ми можемо навіть побачити, може відновлювати пошкодження ДНК, які були б катастрофічними для більшості інших тварин.
Люядм вкрай шкідливі дози радіації навіть від 5 до 10 Гр. Натомість, коловертки можуть витримувати дози понад 5000 Гр, і більша частина їхньої репродуктивної здатності зберігається після одужання.
Такі бактерії, як Deinococcus radiodurans, також можуть витримувати величезні дози опромінення, а деякі тихоходки також витримують високі рівні радіації. Але коловертки відрізняються тим, що здатні відновлювати активне життя після надзвичайних пошкоджень.
Наприклад, тихоходки можуть витримувати високий рівень радіації, перебуваючи в криптобіотичному стані. Коловертки, навпаки, можуть відновлювати пошкодження, спричинені радіацією, перебуваючи в стані активності.
"Багато хто дивується, як такий подвиг можливий для такого маленького організму. Цікаво, що дослідники виявили, що їхня стійкість до радіації, ймовірно, пов'язана з їхньою здатністю переживати повне висихання. Тобто, ті ж механізми, які дозволяють їм відновлювати пошкодження ДНК, спричинені екстремальним зневодненням, також допомагають їм протистояти іонізуючому випромінюванню", - пише Треверс.
Він нагадав, що у дослідженні 2014 року, опублікованому в журналі "Journal of Evolutionary Biology", виявилося, що бделоїдні коловертки (один з видів цих тварин) можуть пережити тривале висихання, перейшовши в стан анабіозу. У цьому стані їхній метаболізм падає майже до нуля, оскільки їхня ДНК фрагментується. Але як тільки вони знову потрапляють у воду, вони регідратуються та швидко відновлюють пошкодження без проблем.
І як виявили дослідники, цей потужний механізм репарації ДНК також неймовірно ефективний проти розривів ДНК, викликаних радіацією.
Іонізуюче випромінювання вбиває клітини, головним чином розриваючи нитки, що складають ДНК організмів. Коли ДНК розривається в багатьох місцях одночасно – як це відбувається при високих дозах опромінення – біологи вважали припускали, що більшість багатоклітинних організмів не мають можливості правильно зібрати свої геноми.
Дослідники припускали, що через накопичення помилок у процесі репарації, радіаційний вплив майже завжди призводитиме до загибелі клітин або їх порушення в роботі. Однак, як пояснює дослідження PNAS 2008 року, коловертки бделоїдного походження розвинули надзвичайно ефективні системи репарації ДНК.
Зокрема, коли радіація розбиває їхні геноми на десятки або сотні фрагментів, їхній клітинний механізм зшиває ДНК разом з надзвичайною точністю. Дослідження підтвердило, що коловертки, які зазнали впливу надзвичайно високої радіації, демонстрували масову фрагментацію ДНК невдовзі після опромінення. Однак протягом кількох годин або днів більшість цих фрагментів знову з'єднувалися, і згодом відновлювалися нормальні клітинні функції.
Ця здатність, найімовірніше, не виникла через те, що коловертки регулярно піддавалися впливу радіації в дикій природі, принаймні не в смертельних дозах. Швидше за все, це пов'язано з частими циклами висихання та регідратації, які так часто відбуваються в їхньому природному середовищі існування.
Цей механізм пояснює їхню стійкість до радіації: окислювальний стрес, викликаний радіацією, призводить до розривів ДНК, дуже схожих на ті, що викликані висиханням. Коловертки еволюціонували, щоб справлятися з однією формою екстремальних пошкоджень, але цей механізм, за збігом обставин, дозволяє їм переносити іншу.
Нагадаємо, що бактерії тихоходки є прикладом стійкості, адже можуть витримати перебування навіть у відкритому космосі. Однак, як виявили дослідники, навіть їм виявилося не під силу перебування у марсіанському ґрунті. Хоча, якщо такий ґрунт промити, він вже стає придатним для цих бактерій.