VIVOS VOCO: Ю.К. Джикаев, "ТИХОХОДКИ

ТИХОХОДКИ — ВПЕРЕДИ

Ю.К. Джикаев,
кандидат физико-математических наук, Москва

Немало людей все еще переполнены сознанием собственного превосходства над природой, восхищаясь творением разума и рук своих и безразлично взирая на результаты биологической эволюции. Эта способность Nil admirare (ничему не удивляться), увы, лишь подчеркивает ограниченность эгоистической натуры человека. Поглощенный осуществлением собственных целей, он ставит параллельный биологический мир на ступень ниже. Другое дело — “высшие стихии”: НЛО, экстрасенсорика, всепроникающие торсионные поля и прочие достойные статуса Homo sapiens необычности.

Но зря все это. Автор заметки далек от мысли, что причина и движитель процесса биологического развития — некий разум или цель, однако признает несоизмеримость результатов творческой деятельности человека и эволюции живой природы. Никакая СБИС (сверхбольшая интегральная схема) или АЭС (атомная электростанция) не идут в сравнение по сложности и организации даже с клеткой (иначе клетка давно была бы описана, например в рамках теории управления, как большая система).

Однако среди H.sapiens есть тоненькая прослойка особо любопытных, и вот они-то — как раз наоборот — не перестают удивляться плодам “неразумной” природы. И впрямь, причуды эволюции нередко то ставят в тупик специалистов, то поражают их воображение. Судите сами, диапазон восприятия зрительного аппарата человека перекрывает по освещенности 9 порядков величины, а слухового, по силе звука, — 12. Как с позиций современной биологии, биохимии или биофизики объяснить столь большие динамические диапазоны этих приемников? Или другой факт, из области нейрофизиологии: из 10¹³ нейронов мозга фактически работают только 10¹⁰. Получается, что на каждый действующий нейрон приходится тысяча запасных — зачем? Впрочем, эти примеры известны, а вот еще один, во многом уникальный.

Тихоходки Echinisciodes sigismundi, передвигающиеся по нити водоросли.

Рис. Эрнста Маркуса

Изобретатель микроскопа А.Левенгук в конце XVII в. обнаружил в каплях воды, собранных с крыши, неизвестных ранее мелких животных [1]. Вскоре беспозвоночных размером 0.1—1.0 мм нашел в луже и детально рассмотрел И.А.Геце. Немецкого пастора удивили их формы: удлиненное округло-выпуклое тело, четыре пары выростов (ножек) по бокам и головка с парой глаз. Геце назвал их Bertierchen (зверьками, похожими на медвежат). Итальянский зоолог Л.Спалланцани в 1777 г. описал этих медленно передвигающихся животных, назвав их il tardigrado (тихоходками). А латинизированную транскрипцию Tardigrada, которая и укоренилась в зоологии как название этой группы, ввел в 1840 г. Л.Дуайер.

Тихоходки привлекли внимание уже первых исследователей своей поразительной способностью к анабиозу: высушенные животные, сохранявшиеся в состоянии мнимой смерти в течение нескольких лет, оживали после увлажнения. Сейчас мы знаем, что по мере высыхания тихоходки открывают ротовое отверстие, и свободная вода испаряется как через наружные покровы, так и через кишечник. В процессе обезвоживания форма тела животных изменяется: головка и ножки втягиваются внутрь туловища, тело укорачивается и расширяется в средней части, они становятся похожи на бочонки.

Устойчивость тихоходок в состоянии анабиоза, т.е. высушенных, потрясающа: они оживают после пребывания в течение 20 мес в жидком воздухе (–193°C), переносят восьмичасовое охлаждение жидким гелием (–271°С), выдерживают температуру до 60—65°С в течение 10 ч и даже до 100°С в течение часа; довольно долго могут находиться в атмосфере сероводорода, углекислого газа. Они выживают также после пребывания в вакууме и переносят значительные дозы облучения рентгеновскими лучами [2].

Чемпионская выживаемость тихоходок в “бочоночном” состоянии не дает успокоиться ученым и сегодня. Так, японские биофизики К.Секи и М.Тойосима [3] решили недавно проверить, как представители этого класса животных — пресноводные Macrobiotus occidentalis (отряд Eutardigrada) и морские Echiniscus japonicus (Heterotardigrada) — будут переносить высокое гидростатическое давление.

В последние десятилетия неплохо изучено повреждающее действие высоких давлений среды на живой организм: разрушение клеточных мембран, белков, ДНК и т.п. При давлениях 30 МПа (300 атм) у микроорганизмов останавливается метаболизм, прекращается размножение клеток; при 300 МПа большинство бактерий и многоклеточных погибает. Однако, как показали результаты экспериментов Секи и Тойосимы, тихоходки в жидкой, но безводной среде способны в состоянии анабиоза переносить чудовищные давления — до 600 МПа (что почти в шесть раз превосходит давление на дне глубочайшей из впадин Мирового океана — Марианской). Для опытов ученые помещали тихоходок в герметичный пластиковый контейнер (объемом 6 мл), который погружали в камеру высокого давления, заполненную водой. Поддерживая комнатную температуру, повышали давление со скоростью 100 МПа/мин и с 20-минутной выдержкой при значениях 100, 200 … 600 МПа. Декомпрессию проводили в обратном порядке с такой же временно€й разверткой. По окончании опыта тихоходок рассматривали под микроскопом и подсчитывали процент выживших.

“Бочоночек” — обезвоженная тихоходка в состоянии
анабиоза (Гиляров М.С., 1982).

Оказалось, что тихоходки, взятые для опыта в активном состоянии, не способны переносить цикл компрессия—выдержка—декомпрессия, если давление достигает 200 МПа. При этом неважно, какой жидкостью был заполнен контейнер: водой или нетоксичным слабым растворителем перфторуглеводородом С₈F₁₈, — результаты по выживаемости совпадали. Если же до начала опыта производили инактивацию тихоходок обеих групп, переводя их в “бочоночное” состояние путем длительного высушивания (в чашках Петри на фильтровальной бумаге в течение не менее суток), то резистентность животных к давлению становилась аномально высокой. Чтобы не допустить гидратации животных, их помещали в контейнер, заполненный растворителем. Выживаемость M. occidentalis после проведения опытов с максимально достижимым давлением в камере 600 МПа составила 95%, E. japonicus — 80%. Меньший процент выживших морских тихоходок экспериментаторы связывают с недостаточно полной их дегидратацией перед опытами.

Отработанный эволюцией механизм обратимого обезвоживания у тихоходок оказался на редкость эффективным по их сопротивляемости экстремальным условиям. Вообще же многообразие их адаптации к разным средам показывает, что это очень древняя группа животных. В частности, будучи первоначально водными обитателями, тихоходки, по оценкам ученых, стали осваивать сушу более 400 млн лет назад. Как ни парадоксально, несмотря на давнюю известность этой группы беспозвоночных, систематическое положение тихоходок до сих пор остается неопределенным. По мнению М.С.Гилярова, есть достаточно оснований считать их представителями совершенно самостоятельного типа животного царства, в котором эти организмы давно и независимо от других типов приобрели неповторимый комплекс признаков.

Что же можно сказать напоследок? Итак, наш герой-современник — уже довольно старенький, но совсем не одряхлевший — демонстрирует чудеса адаптаций. Зачем ему было приспосабливаться к условиям, никогда не существовавшим в природе? И если этот уникум не пришелец из космоса, то — вполне подготовленный попутчик для дальних полетов к другим мирам.

Литература

1. Подробнее см.: Гиляров М.С. Эти загадочные тихоходки // Природа. 1982. №1. С.22—28.
2. Kinchin I.M. The biology of tardigrades. Portland. London, 1994.
3. Seki K., Toyoshima M. // Nature. 1998. V.395. №6705. P.853—854.