Космонавты без скафандра

Беспозвоночные отлично перенесли полёт в открытом космосе без скафандра

Три особи крохотных беспозвоночных стали первыми животными, выдержавшими 10 дней пребывания в космосе безо всякой защиты. Вернувшись на Землю, они даже дали здоровое потомство. Вместе с тем самое жёсткое ультрафиолетовое излучение всё-таки скосило большую часть этих животных.

Тихие и скромные создания на поверку могут оказаться настоящими экстремалами. И размер, когда дело доходит до выживания в суровых условиях, идёт вовсе не на пользу. Высокие и низкие температуры, давление и токсины – вовсе не преграда для бактерий и многочисленных беспозвоночных, освоивших гималайские высоты с пронизывающим холодом и океанические глубины с их термальными источниками.

Среди всех этих доказательств фантазии природы шанс прославиться выпал тихоходкам – группе мелких беспозвоночных, самые крупные представители которой не превышают 1,5 миллиметров в длину. Они стали первыми крупными животными, успешно вышедшими в открытый космос.

Тихоходки (Tardigrada)

тип микроскопических беспозвоночных, близких к членистоногим.

Впервые это животное было описано в 1773 году. В 1776 году итальянский ученый Ладзаро Спалланцани дал им название il tardigrado, тихоходки, латинизированной формой которого является название Tardigrada (с 1840 года).

Тело у тихоходок очень маленькое, 0,1–1,5 мм, полупрозрачное, из четырех сегментов и головы. Снабжено 4 парами коротких и толстых ног с 4–8 длинными щетинковидными коготками на конце, причем последняя пара ног направлена назад. Передвигаются тихоходки действительно очень медленно – со скоростью всего 2–3 мм в минуту (следует, однако, учесть, что это сопоставимо со скоростью 30–40 м в минуту для человека при его размерах тела). Ротовые органы – пара острых стилетов, служащих для прокалывания оболочек клеток водорослей и мхов, которыми тихоходки питаются. Тихоходки имеют пищеварительную, выделительную, нервную и половую системы; однако у них отсутствуют дыхательная и кровеносная системы – дыхание кожное, а роль крови выполняет заполняющая полость тела жидкость. Систематическое положение тихоходок дискуссионно. Большинство авторов сближают их с настоящими членистоногими (Euarthropoda). Помимо этого, их могут сближать либо с нематодами, либо с кольчатыми червями.

В настоящее время известно более 900 видов тихоходок. Из-за микроскопических размеров и способности переносить неблагоприятные условия распространены они повсеместно, от Гималаев (до 6000 м) до морских глубин (ниже 4000 м). Тихоходок находили в горячих источниках, подо льдом (например, на Шпицбергене) и на дне океана. Распространяются они пассивно – ветром, водой, различными животными. Все тихоходки в некоторой степени являются водными животными. Примерно 10% – морские обитатели, другие встречаются в пресноводных водомах, однако большинство населяет моховые и лишайниковые подушки на земле, деревьях, скалах и каменных стенах. Количество тихоходок во мхе может быть очень велико – сотни, даже тысячи особей в 1 г высушенного мха.

Питаются тихоходки жидкостями растений и водорослей, на которых обитают. Некоторые виды поедают мелких животных – коловраток, нематод, других тихоходок. В свою очередь служат добычей для клещей и ногохвосток.

Шведские ученые, отправившие своих подопечных на российском спутнике «Фотон-М3», не стали забивать себе голову проблемами изготовления скафандров для существ с четырьмя парами коротких и толстых ног. Да это и не входило в задачи Ингемара Йонссона и его коллег, исследовавших выживание «водяных медведей» в открытом космосе.

Выбор был сделан отнюдь не случайно: на Земле тихоходки выдерживают пытку жидким гелием, кипятком, высоким и низким давлением и даже ионизирующим излучением. Если температуры и давление отражаются в первую очередь на ферментных системах и структурных белках, то радиация поражает главное сокровище – геном.

Авторы публикации в Current Biology отдельно исследовали влияние каждого из факторов открытого космоса за счет изолированных камер, в которые были помещены их беспозвоночные подопечные. На Землю они возвращались, разумеется, защищёнными от высоких температур при входе в атмосферу.

Как и предполагали ученые, вакуум и низкие температуры не оказали на тихоходок существенного эффекта.

Возможности тихоходок

При наступлении неблагоприятных условий они способны на годы впадать в состояние анабиоза; а при наступлении благоприятных условий — довольно быстро оживать. Выживают тихоходки в основном за счт ангидробиоза – высушивания. При высыхании они втягивают в тело конечности, уменьшаются в объеме и принимают форму бочонка. Поверхность покрывается восковой оболочкой, препятствующей испарению. При анабиозе их метаболизм падает до 0,01%, а содержание воды способно доходить до 1% от нормального.

В состоянии анабиоза тихоходки выносят невероятные нагрузки.

Температура. Выдерживают пребывание в течение 20 месяцев в жидком воздухе при –193°C, восьмичасовое охлаждение жидким гелием до –271°С; нагрев до +60…+65°С в течение 10 ч и до +100°C в течение часа.

Ионизирующее излучение в 570 000 рентген убивает примерно 50% облучаемых тихоходок. Для человека смертельная доза радиации составляет всего 500 рентген.

Атмосфера: Оживали после получасового пребывания в вакууме. Довольно долго могут находиться в атмосфере сероводорода, углекислого газа.

Давление: При эксперименте японских биофизиков «спящих» тихоходок помещали в герметичный пластиковый контейнер и погружали его в заполненную водой камеру высокого давления, постепенно доведя его до 600 МПа (около 6000 атмосфер), что почти в 6 раз выше уровня давления в самой низкой точке Марианской впадины. При этом неважно, какой жидкостью был заполнен контейнер: водой или нетоксичным слабым растворителем перфторуглеродом С₈F₁₈; результаты по выживаемости совпадали.

Что только подтвердило надежность защитных систем, основывающихся, в частности, на обезвоживании. Без воды, конечно, особо не разгуляешься – об активных физиологических процессах и тем более размножении говорить не приходится. Зато такое состояние позволяет предотвратить неизбежное разрушение биополимеров, из которых построены все живые клетки.

Второе испытание оказалось по зубам не всем тихоходкам. Представители обоих побывавших на орбите видов перенесли далеко не в полном составе 10 дней облучения солнечным ультрафиолетом A и B. А вот ультрафиолет С, обладающий меньшей длиной волны, а следовательно – большей энергией, унес жизни практически всей третьей группы, оказавшейся в самых жестких условиях.

Тем не менее три особи Milnesium tardigradum все-таки смогли добраться до Земли и оставить потомство.

Биологические эффекты

ультрафиолетового излучения (УФ) в разных спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие три диапазона:
Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315–400 нм)
УФ-B лучи (UVB, 280–315 нм)
Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100–280 нм)

Практически весь UVC и приблизительно 90% UVB поглощаются озоном, а также водным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA, и в небольшой доле – UVВ.

Для оценки выживаемости уже в стенах лаборатории ученым пришлось «отпаивать» всех космонавтов, ведь те находились на орбите в состоянии обезвоженности. И если с механизмами защиты от температур и вакуума всё относительно понятно, то как тихоходкам удалось сохранить неповрежденной свою ДНК – осталось для ученых загадкой.

Йонссон предполагает, что здесь дело не столько в защите, сколько в уникальных механизмах восстановления и контроля, позволивших восстановить способность к размножению. Для беспозвоночных этот феномен не в новинку – коловратки, как и тихоходки, обитающие в водоемах и при этом устойчивые к высыханию с последующей регидратацией, могут даже «воровать» чужие гены из ДНК, оказывающейся рядом.

Феномен выживаемости тихоходок, открытый Йонссоном, наверняка воодушевит тех, кто считает, что мы не одни во Вселенной, и сторонников космического происхождения жизни, которые смогут даже перерисовать древо жизни, в основании которого теперь будут вовсе не одноклеточные. А тихоходок можно смело отправлять в долгое космическое путешествие, и им даже не обязательно двигаться со скоростью, близкой к скорости света: в состоянии анабиоза они все равно не стареют.