Червь из ледникового периода: как он выжил?

Ученые из России и Германии совершили удивительное открытие: они пробудили из длительного состояния покоя червя, который пролежал во льдах Сибири около 46 тысяч лет. Это самый древний пример криптобиоза — способности некоторых организмов приостанавливать свой метаболизм при неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как засуха, заморозка или недостаток кислорода.


Каким образом червь смог сохранить жизнеспособность на протяжении такого долгого времени? Какие механизмы защиты он использует? И какое значение имеет это открытие для науки и человечества?

Исследование было опубликовано в авторитетном журнале PLOS Genetics и проведено сотрудниками Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН и Института молекулярно-клеточной биологии и генетики имени Макса Планка в Германии.

Ученые изучали образцы вечной мерзлоты из Колымского района Якутии, которые были взяты на глубине 40 метров. С помощью радиоуглеродного анализа растительных остатков они определили возраст этих отложений — около 46 тысяч лет. Это значит, что за все это время они не оттаивали и сохраняли стабильную температуру около -10 градусов Цельсия.

В этих образцах ученые обнаружили нематод — мелкого червя из типа круглых червей, которые широко распространены в почве и воде и питаются бактериями, грибами или другими нематодами. Нематоды известны своей удивительной жизнестойкостью: они могут переживать засуху, заморозку, высокое давление, радиацию и даже космическое пространство. Но смогут ли они выжить во льду на протяжении десятков тысяч лет?

Чтобы проверить это, ученые поместили нематодов в питательную среду при комнатной температуре и наблюдали за их поведением. К их удивлению, через несколько недель один из червей начал двигаться и принимать пищу! Это был первый случай в истории, когда животное было возрождено из такого длительного состояния анабиоза.

Ученые провели генетический анализ этого червя и сравнили его с геномом современных видов нематод. Оказалось, что он принадлежит к новому для науки виду, который получил название Panagrolaimus kolymaensis. Этот вид относится к роду Panagrolaimus, представители которого способны переходить в состояние криптобиоза при засухе или заморозке.

Как же червь смог сохранить свои жизненные функции в таких экстремальных условиях? Ученые предполагают, что он использует специальные механизмы защиты на молекулярном и клеточном уровне. Например, он может производить особый сахар — трегалозу, который защищает клетки от повреждения при обезвоживании или заморозке. Также он может активировать гены, ответственные за защиту от окислительного стресса и токсичных веществ, вырабатывать тепловой шоковый белок и другие белки с неупорядоченной структурой, которые помогают поддерживать стабильность клеточных компонентов. Кроме того, он может изменять состав жировых кислот в своих мембранах, чтобы они не теряли свою подвижность при низких температурах.

Ученые обнаружили, что некоторые из этих механизмов имеются и у другого известного нематода — Caenorhabditis elegans, который является одним из самых популярных объектов для генетических исследований. Этот нематод может переходить в специальную стадию развития — давер-ларву, которая также способна выдерживать засуху и заморозку. Ученые сравнили гены, необходимые для криптобиоза у P. kolymaensis и C. elegans, и обнаружили, что они частично ортологичны, то есть имеют общее происхождение.

Это свидетельствует о том, что способность к криптобиозу могла возникнуть у общего предка этих видов и сохраниться в течение эволюции. Также это означает, что C. elegans может быть полезной моделью для изучения механизмов криптобиоза у других нематод.