Тихоходки фото: В чем секрет самого живучего существа в мире — Российская газета

В чем секрет самого живучего существа в мире — Российская газета

Конечно, это животное феномен. Ему нипочем жара плюс 150 градусов Цельсия и абсолютный холод с температурой минус 273 градусов Цельсия, давление 6000 атмосфер, радиация 500 тысяч рентген, в то время как для человека смертельная доза всего 500 рентген. Животное способно голодать десятилетиями, но самый поразительный его «трюк» — умение 100 лет жить без воды.

Речь о знаменитой тихоходке, микроскопическом беспозвоночном размером до 1,5 мм, которое движется со скоростью 2-3 миллиметра в минуту. У нее восемь ног, немного похожих на лапы медведя. Поэтому она получила прозвище Водяной Медведь. И, хотя тихоходки открыты еще в XVIII веке, но до сих пор ученые не могут разгадать механизм их феноменальной живучести. Это настоящие экстремалы, по сравнению с которыми даже очень приспособленные к разным невзгодам тараканы кажутся простыми смертными. Говорят, что из всех живых существ самые страшные апокалипсисы на Земле переживет только тихоходка.

Сегодня наука немного приоткрыла ее тайны. Попадая в неблагоприятные условия, животные быстро впадают в глубокую спячку, практически полностью отключив метаболизм и остановив все процессы жизнедеятельности. К примеру, ученые достаточно подробно изучили, как выживает животное при полном обезвоживании. Оказалось, что задействована сложная система, в которой участвуют многие молекулярные компоненты. В частности, хотя тихоходка спит, но ее организм вырабатывает вещество дисахарид, которое и защищает клетки от разрушения.

Но понятно, что докопаться до сути феномена этого экстремала можно, только разобравшись в его генах. И геном сразу же преподнес сюрпризы. Скажем, он оказался относительно большим для маленького животного и ее положения на древе эволюции: содержит около 215 миллионов нуклеотидов, что примерно в два раза больше, чем у всех остальных родственных беспозвоночных. Но дальше — больше. Пару лет назад ученые, казалось бы, вплотную подобрались к секрету тихоходки.

Они утверждали, что около 17 процентов ее генов в ходе эволюции «позаимствованы» у других организмов, в том числе бактерий-экстремофилов. И вполне возможно, именно эти «благоприобретения» позволяют тихоходкам спокойно переносить жизненные передряги.

Но вот новое исследование международной группы ученых из университетов Эдинбурга (Шотландии) и Кэйо (Япония) ставит под сомнение прежние работы. Скажем, утверждается, что у других живых существ заимствовано не более 1,2 процента генов, а значит, тихоходки сумели сами найти способы выживать в экстремуме. Более того, удалось отыскать гены, которые вовлечены в «ремонт» ДНК при облучении мощной дозой радиации. Другие гены защищают ДНК-цепочки от окисления.

«Мы только в начале работ, — считает один из авторов исследования Марк Блакстер. — Зная ДНК тихоходки, мы сможем выяснить, как она сопротивляются экстремальным условиям, а затем использовать эти знания в биотехнологиях».  Понимание, как тихоходки восстанавливают свою ДНК и защищают клетки от экстремальных воздействий, может привести к открытию новых технологий регенеративной медицины.  

Израильские тихоходки выжили на Луне после крушения космического аппарата

8 августа 2019

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Это не настоящее фото тихоходки в открытом космосе, а компьютерная графика. Однако в космическое пространство тихоходки действительно выходили и вернулись живыми

Крошечные беспозвоночные, которые считаются самыми живучими существами на Земле, были на борту израильского лунохода «Берешит», разбившегося при посадке в апреле этого года. Руководитель миссии убежден, что они выжили.

Американский предприниматель-инноватор Нова Спивак, глава биологического проекта «Миссия Ковчег», который в сотрудничестве со SpaceIL и «Аэрокосмической промышленностью Израиля» проводил эксперимент и отправил тихоходок на Луну, разместив их на борту израильского аппарата, абсолютно уверен — они выжили в крушении и находятся сейчас на поверхности спутника Земли.

Это единственные из известных науке существ, которые могут перенести замораживание до абсолютного нуля и нагрев до 150 градусов Цельсия, сильную радиацию, отсутствие кислорода и воды, причем могут выживать так долгие годы и даже десятилетия. Тихоходки не приспосабливаются к экстремальным условиям, а впадают в криптобиоз — глубокую спячку. В этом состоянии, очень похожем на смерть, жизнедеятельность приостанавливается, скорость обмена вещества у них падает до 0,01% от нормальной.

При размере меньше 1 миллиметра «водный медведь» обладает головой и восемью ногами. В жестких условиях животное теряет и голову, и конечности, но затем способно их регенерировать.

Автор фото, Getty Images

Закатанные в янтарь и в скотч

Тихоходку можно высушить. При дегидратации в ее клетках вода замещается белком, что сохраняет клетке жизнеспособность. Чтобы после этого оживить беспозвоночное (генетически близкое к круглым червям), достаточно нескольких капель воды.

В состоянии криптобиоза сотни тихоходок и были помещены учеными на борт космического аппарата «Берешит». Часть из них была заплавлена внутрь искусственного янтаря, часть — приклеена на каптоновый скотч, выдерживающий большие перепады температур.

«Мы уверены, что шансы на выживание тихоходок [на поверхности Луны] крайне высоки», — заявил Спивак.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Так выглядит тихоходка — или водный медведь, — если смотреть на нее в электронный микроскоп

Его фонд составляет запасную коллекцию генофонда живых существ нашей планеты, рассылая биообразцы в разные места Солнечной системы, чтобы был шанс возродить их в случае внезапной катастрофы на Земле.

На «Берешите» также летел на Луну банк научных данных об истории человечества и строении человеческой ДНК, записанных на диск объемом, аналогичным 30 млн бумажных страниц.

Поскольку «водные медведи» еще в 2007 году успешно выжили при эксперименте в открытом космосе, они стали лучшими — и единственными — кандидатами на участие в проекте «Миссия Ковчег».

«Тихоходки идеально подходят для этой задачи — они микроскопические, многоклеточные и одни из самых выносливых существ на Земле», — говорит Нова Спивак.

Но вряд ли тихоходки, упавшие на лунную поверхность при аварии «Берешита», разбежались по ней и осваивают лунные кратеры. Чтобы выйти из спячки, им необходим контакт с водой.

Теоретически возможно при какой-либо высадке на Луну в будущем собрать куски янтаря и клейкой пленки с тихоходками, привезти обратно на Землю и изучить последствия пребывания на Луне для живого организма.

После прошлых экспериментов с выходом в открытый космос тихоходки даже приносили здоровое потомство.

Биологи из Токийского университета выяснили причину неуязвимости тихоходок

Крохотные живые организмы, которых называют «тихоходками» хорошо известны в научной среде своей нечувствительностью к внешним факторам. Высокая или низкая температура? Не проблема, тихоходки выживают в невероятно сложных условиях, когда погибают даже самые стойкие микроорганизмы.

Впервые тихоходку описал немецкий пастор И.А. Гёце, назвав ее «маленьким водяным медведем». Современное название эти существа получили в 1777 году благодаря итальянскому ученому Спалланцани.

Тихоходки очень малы, размер их тела составляет 0,1-1,5 мм. Тело у этих существ полупрозрачное, состоит из четырех сегментов и «головы». Каждый сегмент тела имеет пару коротких и толстых конечностей. Двигаются тихоходки со скоростью 2-3 мм в минуту. У них нет ни дыхательной, ни кровеносной системы.

О выживании тихоходок ходят легенды, причем не только в среде ученых. Эти животные могут находиться в течение 20 месяцев (и даже больше) в жидком кислороде при температуре в -193 °C. В жидком гелии они могут находиться около 8 часов, оживая при оттаивании.

Нагрев до 60-65 °C тихоходки выдерживают в течение 10 часов, а до 100 °C — в течение часа.

Выдерживают тихоходки давление около 6000 атмосфер. Причем, неважно, в каких условиях находится тихоходка — воде, перфторуглероде или углекислом газе. На результатах выживаемости это не сказывается. Неплохо чувствуют себя тихоходки и в вакууме, выдерживая и космическое излучение, и облучение ультрафиолетом A и B (длина волны 280—400 нм).

Если группу тихоходок облучать радиацией (570 000 рентген), то выживает около 50% «испытуемых». При этом смертельная доза радиации для человека — всего 500 рентген.

Тихоходки выдерживают и экстремальное обезвоживание, с сохранением доли воды в 1-2% от массы тела. После того, как это существо попадает во влажную среду, они возвращаются к нормальной жизни.

Так почему тихоходки настолько выносливы?

Ни одно другое существо неспособно выдерживать нечто подобное без вреда для себя. Есть существа, которые устойчивы к холоду, есть организмы, не боящиеся жары или вакуума. Но выдерживать все внешние факторы вместе ни одно другое живое существо, кроме тихоходок, неспособно. Чем же обусловлена такая высокая степень выживаемости?

Ответ на этот вопрос попытались дать японские ученые, которые секвенировали ДНК тихоходок. Результаты расшифровки генетического материала этих существ дали ответ на часть вопросов, интересующих биологов в отношении тихоходок в течение многих десятков или даже сотен лет. Как оказалось, у тихоходок работает сразу несколько защитных механизмов, которые обусловлены наличием в их организме особых белков.

Японские исследователи показали, что при введении этих белков в клетки человека те становятся более устойчивыми к воздействию рентгеновского излучения. По мнению авторов исследования, цепочки ДНК клеток человека при введении одного из белков, которые обеспечивают устойчивость тихоходок к жесткому излучению, повреждается на 40% меньше. «Мы были очень удивлены», — говорит Такума Хашимото из Токийского университета.

Ученые изучали только один из видов тихоходок, Ramazzottius varieornatus, который является одним из наиболее устойчивых к внешним факторам видов. В организме тихоходок этого вида ученые обнаружили белок, обозначенный в работе, как Dsup (Damage suppressor), который снижает уровень негативного влияния внешних факторов на организм этих существ.

Dsup по словам исследователей это ДНК-ассоциированный белок, который осуществляет защиту цепей и улучшает сопротивляемость радиоактивному излучению в клетке. Лучше всего Dsup действует в отношении жесткого излучения. «Устойчивость к рентгеновскому излучению является побочным действием механизма приспособления тихоходок к экстремальному обезвоживанию», — говорит Такеказу Куниеда, еще одного участника команды исследователей.

Для получения Dsup в достаточных количествах соответствующий ген был пересажен в геном кишечной палочки. И уже потом белок был перенесен в культуры человеческих клеток.

Если бы Dsup можно было бы ввести в организм человека, а не просто культуры клеток, то, вероятно, это сделало бы нас более устойчивыми к радиации. В процессе «исхода» приходится сталкиваться с жестким космическим излучением, представляющего существенную опасность жизни и здоровья космонавтов, поэтому данная «модификация» важна для человеческой цивилизации в случае дальнейшей экспансии за пределы планеты Земля.

Результаты работы японцев заинтересовали ученых из других стран. Например, Ингемар Хёнссен [Ingemar Jönsson] из Университета Кристианстад (Швеция) считает исследование важным для медицины.

Исследование также подливает масла в огонь обсуждение большого количества сторонних генов в генотипе тихоходок. Ранее считалось, что процент таких генов, полученных тихоходками от сторонних видов около 20%. Японские ученые заявляют, что этот результат неверен, на самом деле число сторонних генов у тихоходок составляет примерно 2% от общего числа генов в генотипе этих существ. А полученный ранее результат — это ошибка, полученная из-за загрязнения пробы генетического материала.

1,2% — 2% сторонних генов — вполне обычный результат не только для тихоходок, но и для большинства других живых организмов. Часть защитных механизмов вида Ramazzottius varieornatus действительно получена от других существ. Но большая часть все же возникла в результате эволюции, все это «достижение» самих тихоходок.

Тот факт, что эти существа чрезвычайно устойчивы к негативным внешним факторам — не результат получения сторонних генов, а действительно эволюционные приобретения, как утверждают японцы. Результаты своего исследования они опубликовали в авторитетном издании Nature Communications.

Японские ученые утверждают, что у вида Ramazzottius varieornatus (и, возможно, у других видов тихоходок) просто нет генов, которые включают реакцию организма на стресс. Например, при нехватке воды у большинства живых существ запускается процесс отмирания клеток. Аналогичная ситуация наблюдается и при отсутствии необходимого количества питательных веществ или воздействии иных негативных факторов. У тихоходок ничего этого нет. Они просто «не понимают», что окружающая среда при наступлении неблагоприятных условий угрожает их существованию.

Гении выживания – тихоходки подарили человеческим клеткам устойчивость к радиации

Водные медведи или тихоходки (Tardigrade) – это пухлые микроскопические животные размером с песчинку, которые хоть и близки к нематодам и членистоногим по отдельным признакам, но не относятся ни к тем, ни к другим. Всего насчитывается более тысячи видов тихоходок. Они обитают в морских и пресных водоёмах, а также на суше во влажных местах, то есть вода для них – это неотъемлемое условие для благополучного роста и размножения.

Внешне водные медведи напоминают нечто среднее между гусеницей и голым землекопом и очень гармонично смотрелись бы в каком-нибудь фильме про пришельцев. Но главное, что тихоходки поражают воображение своей способностью к выживанию в экстремальных условиях.

Им не страшен ни холод, ни жара, ни огромное давление, ни радиационное излучение. Эти удивительные создания были запущены в открытый космос и некоторые из них после возвращения смогли дать здоровое потомство. В одном из экспериментов тихоходок поместили на 26 часов в ванну с жидким азотом при температуре минус 253˚С. И всё, что потребовалось, чтобы вернуть их к жизни – это несколько капель воды. К слову, самая низкая температура, зафиксированная на Земле, а именно в Антарктиде, – это всего лишь минус 89,2˚С, так что «запас прочности» у тихоходок необычаен.

Человеку такие подвиги, мягко говоря, не под силу. Поэтому исследователи изо всех сил пытаются выведать у тихоходок их секреты.

При попадании в экстремальную ситуацию водные медведи не пытаются к ней приспособиться, а впадают в анабиоз, то есть у них временно в 10 тысяч раз замедляется обмен веществ. При этом тело тихоходок теряет почти всю жидкость. До сих пор учёные до конца не могут разобраться, как они это делают и какие молекулярные механизмы лежат в основе этих процессов.

Водяные медведи или тихоходки — общепризнанные чемпионы по выживанию в экстремальных условиях.

Большинство специалистов сходятся во мнении, что ключом к успеху тихоходок является их повышенная способность восстанавливать повреждённую ДНК, особенно при выходе из состояния крайнего усыхания.

Для того чтобы лучше понять, что происходит в организме водных медведей, исследователи вводят их гены в клеточные культуры млекопитающих, в том числе и человека. Именно так и поступила команда молекулярных биологов из Японии, возглавляемая Такэкадзу Куниэдой (Takekazu Kunieda) из Университета Токио.

Для начала учёные секвенировали (определили точное строение) геном тихоходок вида Ramazzottius varieornatus. Представители именно этого вида считаются самыми выносливыми водными медведями. В дальнейшем, экспериментируя с клетками человека и генами тихоходок, исследователи обнаружили, что своеобразным «защитным щитом» для ДНК животных в случае высыхания и воздействия радиации служит белок, известный как Dsup.

Более того, клетки человека, в которых он присутствовал, сами по себе были способны подавлять разрушительное действие радиации на ДНК на 40%. Об этом действительно удивительном открытии сообщается в статье, опубликованной в издании Nature Communications.

Специалисты считают, что новые результаты могут иметь важное значение для медицины. Они открывают дорогу к повышению стрессоустойчивости человеческих клеток, что в один прекрасный день может помочь людям, проходящим курс радиационной терапии.

 

Кроме этого, защитные молекулярные механизмы не повредили бы и тем, кто работает с ядерными установками. А если колонизация Марса всё-таки состоится, то благодаря тихоходкам, вероятно, удастся вырастить на Красной планете первый урожай.

Интересно, что данные японских специалистов ставят точку в одном более раннем спорном исследовании, касательно тихоходок. Его авторы секвенировали геном другого вида водных медведей — Ramazzottius hypsibius. Тогда учёные установили, что почти пятая часть генов тихоходок заимствована у других животных и растений, то есть приобретена в процессе так называемого горизонтального переноса.

На основе полученных результатов была выдвинута теория о том, что именно высокий процент чужеродных генов и обеспечивает уникальную живучесть тихоходок. Противники выводов нашлись сразу. Они были уверены, что исходные образцы были просто загрязнены. Анализ Куниэды, проведённый с точностью в 100 раз большей, чем спорное исследование, выявил всего лишь 1,2% заимствований.

И, поскольку горизонтальный перенос генов оказался ни при чём, молекулярным биологам и другим специалистам придётся ещё немало потрудиться, чтобы разобраться в таком богатом на сюрпризы материале, как геном тихоходки.

 

животное, способное пережить апокалипсис – Zagge.ru

Исследователи уверены, что даже самые экстремальные условия на нашей планете не смогли бы уничтожить этих удивительных представителей животного царства. Тихоходка впервые была описана как «маленький водяной медведь» в 1773 году немецким зоологом Иоганном Августом Гёце. Позднее им присвоили латинское название «il tardigrado» (Tardigrada), что в переводе означает «тихоходка». Выбранное название не случайно — при своих размерах в 0,1—1,5 миллиметров тихоходки передвигаются действительно медленно — со скоростью около 2 миллиметров в минуту. Из-за своих крошечных размеров и способности переносить неблагоприятные условия, они распространены во всех областях нашей планеты: от Гималаев, высочайшей горной системы Земли, до морских глубин.

Уже первые исследователи тихоходок обратили внимание на их поразительную выносливость. Итальянский учёный Ладзаро Спалланцани, присвоивший этим животным латинское название, установил, что при неблагоприятных условиях тихоходки могут впадать на долгие годы в анабиоз, а при благоприятных условиях — быстро оживать. При анабиозе тело тихоходки высушивается, теряет объёмы и покрывается восковой оболочкой, которая препятствует испарению.

Эксперименты доказали, что тихоходки в состоянии анабиоза могут выживать как минимум 30 лет без пищи и воды (более длительные эксперименты пока не проводились), переносить экстремальные температуры, радиационное облучение и даже выживать в условиях открытого космоса. Поэтому считается, что тихоходки способны пережить глобальные катастрофы, в том числе взрыв сверхновой звезды, гамма-всплеск или столкновение крупного небесного тела с Землёй.

• Радиационная доза в 570 000 бэр убивает только около 50 % облучаемых тихоходок. Для человека смертельная доза радиации составляет всего 500 бэр.

• Тихоходки могут находится долгое время в атмосфере сероводорода, углекислого газа.

• Тихоходки выдерживают чрезвычайно низкие температуры (-272 ° C) и чрезвычайно высокие (150 ° C).

• Проведённые японскими учёными эксперименты доказали, что эти животные выживают в условиях экстремально высокого давления — при 600 МПа (около 6000 атмосфер). В условиях Мирового океана на каждые 10 метров глубины давление увеличивается на одну атмосферу, поэтому простые подсчёты покажут, что эти животные выдерживают давление, которое почти в 6 раз выше давления в самом глубоком месте на Земле — Марианской впадине.

• Шведские учёные ставили эксперименты над тихоходками в условиях открытого космоса. В течение 10 дней разные группы тихоходок, находящихся в анабиозе, подвергались космической радиации и жёсткому облучению ультрафиолетом. По возвращению на космический аппарат часть этих животных вернулась в нормальное состояние, и, более того, оказалась способна к воспроизводству.

Информация:

en.wikipedia.org

www.americanscientist.org

---

---

Оценить статью:

Загрузка…

---

Тихоходки оказались неотеническими личинками мух

Происхождение тихоходок — мелких животных, известных своей устойчивостью к экстремальным условиям среды, — долго оставалось загадочным, хотя их родство с членистоногими признавалось всеми специалистами. Новые методы молекулярно-филогенетического анализа наряду с морфологическими данными показали, что тихоходки, по-видимому, являются неотеническими личинками двукрылых насекомых семейства Ephydridae (мушки-береговушки). К признакам, общим для тихоходок и личинок эфидрид, относятся исключительная выносливость (эфидриды способны развиваться в пересоленной воде, при экстремальных значениях pH, в сырой нефти и даже в скипидаре), рост с линьками, сходное строение примитивных конечностей — лобоподий, а также коготков на них. Обработка тихоходок гормонами, стимулирующими окукливание эфидрид, приводит к переходу животных при последующем высушивании в состояние криптобиоза, которое, по-видимому, гомологично стадии куколки обычных двукрылых. Многие уникальные особенности тихоходок, такие как сокращение числа сегментов тела и утрата дыхательной (трахейной) системы, по-видимому, являются следствием миниатюризации. Полученные результаты объясняют, почему тихоходки лишились трех Hox-генов (Scr, Antp и Ubx), которые у других насекомых отвечают за формирование грудных сегментов. У личинок эфидрид грудные сегменты, в отличие от брюшных, никогда не несут конечностей, поэтому при неотении и миниатюризации они оказались бесполезными и были утрачены.

Тихоходки (Tardigrada) — группа, интересная во многих отношениях. Широкой публике они известны в основном из-за своего неотразимого очарования. Недаром их называют «медвежатками», «водяными мишками» (water bears) и «моховыми поросятами» (moss piglets). Кроме того, тихоходки славятся своей невероятной выносливостью. Например, экспериментально показано, что они выдерживают 10 суток пребывания в открытом космосе (K. I. Jönsson et al., 2008. Tardigrades survive exposure to space in low Earth orbit). Неудивительно, что тихоходки стали героями сетевых мемов (рис. 2).

Живучесть тихоходок во многом определяется их способностью переносить почти полное обезвоживание (дегидратацию), впадая в состояние криптобиоза (рис. 1, А, на врезке). В этом состоянии тихоходкам не страшны ни космический вакуум, ни большие дозы радиации, ни замораживание в жидком гелии, ни кипячение, ни давление в 6000 атмосфер.

Происхождение тихоходок — давняя научная загадка. По многим признакам тихоходки явно близки к членистоногим, онихофорам, а также к некоторым ископаемым базальным представителям надтипа Ecdysozoa (см. Линяющие), известным по находкам из кембрийских лагерштеттов. Однако точное положение тихоходок в системе Ecdysozoa долго не удавалось установить.

Новое исследование американских биологов, изучающих галофильную фауну Большого Соленого озера в штате Юта (США), проливает неожиданный свет на эту проблему.

Ученые обратили внимание на морфологическое сходство конечностей тихоходок и личинок солелюбивых мух-береговушек (семейство Ephydridae), обитающих в Большом Соленом озере (рис. 1, C, D). Для тихоходок характерно наличие четырех пар мягких нечленистых конечностей — лобоподий (см. lobopod), несущих характерные изогнутые коготки. Очень похожие конечности и коготки были у некоторых кембрийских родственников членистоногих, таких как галлюцигения (см.: Коготки галлюцигении подтвердили гипотезу о происхождении членистоногих, «Элементы», 21.10.2014).

У большинства двукрылых насекомых (комаров и мух) личинки не имеют конечностей. Однако у обитающих в Большом Соленом озере личинок мушек-береговушек Ephydra cinerea, как и у многих других представителей семейства Ephydridae, на брюшных сегментах имеется семь пар псевдоподий (ложноножек), внешне практически неотличимых от конечностей тихоходок. Три грудных сегмента, на которых у взрослой мухи находятся настоящие членистые ноги, у личинок не несут конечностей (как и положено личинкам мух).

Как объяснить это сходство? На первый взгляд, проще всего предположить конвергентную эволюцию, то есть независимое формирование похожих конечностей у организмов, живущих в сходных условиях. И тихоходки, и личинки эфидрид живут в водной среде, используя свои мягкие когтистые ножки для ползания по различным субстратам. Но такое простое объяснение не удовлетворило исследователей, решивших, что вопрос заслуживает более серьезного изучения.

Ученые применили к имеющимся в генбанке нуклеотидным последовательностям тихоходок и эфидрид новый оригинальный метод построения филогенетических деревьев, использовав в качестве внешней группы (см. Outgroup) родственное эфидридам семейство Drosophilidae. У дрозофил, кстати, личинки безногие, как и у большинства других мух. Получившееся дерево подтвердило гипотезу о родстве эфидрид и тихоходок (рис. 3).

Помимо морфологического сходства и результатов молекулярно-филогенетического анализа, в пользу этой гипотезы свидетельствуют и другие факты. Авторы скрупулезно разбирают их в своей статье, уделяя особое внимание двум обстоятельствам.

Во-первых, ранее было показано, что характерная для тихоходок способность выдерживать обезвоживание и пережидать тяжелые времена в состоянии криптобиоза встречается также и у личинок двукрылых (M. Watanabe et al., 2003. Increase of internal ion concentration triggers trehalose synthesis associated with cryptobiosis in larvae of Polypedilum vanderplanki). По-видимому, эта способность унаследована ими от общего с тихоходками предка.

Во-вторых, личинки эфидрид, как и тихоходки, отличаются невероятной выносливостью. Например, личинки мухи Cirrula hians (другое название — Ephydra hians, рис. 1, B) чувствуют себя вполне комфортно в пересоленной щелочной воде озера Моно в Калифорнии, в которой не может выжить ни одна рыба (см. рисунок 2 в новости Симбиотические дрожжи помогают дрозофилам адаптироваться к соленому корму, «Элементы», 11.11.2019). Личинки другого вида эфидрид, Helaeomyia petrolei, развиваются в естественных лужах сырой нефти. Кишечник у них всегда полон нефти, хотя питаются они на самом деле не нефтью, а упавшими в лужу насекомыми. Лабораторные опыты показали, что с тем же успехом эти личинки могут жить в 50-процентом скипидаре (см. картинку дня Нефтяная муха). Физиологические и биохимические механизмы устойчивости тихоходок и эфидрид к неблагоприятным внешним воздействиям еще не до конца изучены. Но с большой вероятностью она имеет единое происхождение: трудно предположить, что такая уникальная особенность могла возникнуть два раза независимо.

На основании всех этих фактов ученые заключили, что тихоходки, скорее всего, произошли от эфидрид путем неотении. Иными словами, тихоходки — это потомки мух-береговушек, перешедшие к размножению на личиночной стадии и утратившие стадию имаго (взрослого крылатого насекомого).

Неотения — довольно частое явление в эволюции (см. Что общего у голых землекопов и «голых обезьян»?, «Элементы», 06.03.2017). Хотя самые известные примеры неотении связаны с амфибиями (см. Неотения у амбистомовых), у насекомых она тоже встречается (M. Bocakova et al., 2007. Molecular phylogenetics of Elateriformia (Coleoptera): evolution of bioluminescence and neoteny). Так что неотенические личинки эфидрид в этом плане не являются исключением.

После перехода к неотении тихоходки сильно измельчали. Это позволило им отказаться от трахей и перейти к дыханию всей поверхностью тела. Именно поэтому у тихоходок отсутствует сифон — дыхательная трубка на заднем конце тела, характерная для личинок обычных (не неотенических) береговушек.

Другим следствием миниатюризации стало уменьшение числа сегментов тела (олигомеризация). С этим связано еще одно — возможно, самое красивое и убедительное — подтверждение идеи о неотенической природе тихоходок, основанное на данных сравнительной геномики и эволюционной биологии развития (evo-devo).

Ранее было показано, что олигомеризация у тихоходок была сопряжена с утратой нескольких Hox-генов (см. Укорочение тела тихоходок связано с потерей Hox-генов, «Элементы», 04.03.2016). Эти гены у билатерально-симметричных животных участвуют в продольной «разметке» эмбриона и определении судьбы сегментов. При этом оставалось неясным, почему тихоходки утратили одни Hox-гены (и, по-видимому, соответствующие им сегменты), но сохранили другие. Была ли в этом какая-то система? От каких именно сегментов или отделов тела отказались тихоходки?

Как показано на рисунке 2 в вышеупомянутой новости, три важнейших Hox-гена, утраченных тихоходками, это Sex combs reduced (Scr), Antennapedia (Antp) и Ultrabithorax (Ubx). Экспрессия этих генов у насекомых маркирует сегменты грудного отдела: Scr — переднегрудь, Antp — среднегрудь, Ubx — заднегрудь.

Пока тихоходки считались группой неясного систематического положения, а их родственные связи с насекомыми оставались спорными, дать этому факту сколько-нибудь внятную интерпретацию не удавалось. Но теперь, когда стало ясно, что тихоходки — это насекомые отряда двукрылых, всё сразу встало на свои места. Получается, что у тихоходок в процессе олигомеризации редуцировался грудной отдел тела. Самое интересное, что именно этого и следовало ожидать в случае неотении и последующей миниатюризации у мух-береговушек. Ведь у личинок мух вообще и эфидрид в частности, как мы помним, на грудных сегментах нет никаких конечностей — ни настоящих членистых ног, ни ложноножек-лобоподий (не говоря уже о крыльях). Однако брюшные сегменты у личинок эфидрид несут когтистые лобоподии, чрезвычайно удобные для ползания по самым разнообразным подводным субстратам. От каких же сегментов, грудных или брюшных, должны были в первую очередь отказаться неотенические личинки эфидрид в ходе миниатюризации? Конечно, от бесполезных грудных, что и подтверждается данными сравнительной геномики и evo-devo. Число брюшных сегментов с парными лобоподиями у тихоходок сократилось с семи до четырех, что согласуется с утратой одного из «брюшных» Hox-генов, Abd-A.

Таким образом, смелая гипотеза американских биологов не только подтвердилась многочисленными фактами, но и пролила неожиданно яркий свет на закономерности сопряженной эволюции плана строения организма и ключевых генов — регуляторов развития.

В заключительной части работы авторы обсуждают возможную гомологию стадии куколки обычных двукрылых насекомых и дегидратированного криптобиотического состояния тихоходок. Процесс впадания тихоходок в криптобиоз действительно напоминает окукливание личинок эфидрид (рис. 1, A, B), хотя есть и очевидные различия. В частности, окукливание у эфидрид не сопровождается полным обезвоживанием.

Дополнительные эксперименты показали, что если обработать тихоходок гормоном экдизоном, который стимулирует линьки и окукливание насекомых, то после высушивания тихоходки впадают в криптобиоз. Для полноты картины эти эксперименты следовало бы дополнить контрольными опытами с высушиванием, но без экдизона. Авторы пока не успели этого сделать. Данный вопрос, несомненно, заслуживает дальнейшего изучения.

Источник: T. R. D. Grade, E. Phydron. Tardigrades are neotenic fly larvae // arXiv.org, Published 01.04.2020. Preprint currently unavailable.

См. также:
1) Укорочение тела тихоходок связано с потерей Hox-генов, «Элементы», 04.03.2016.
2) Коготки галлюцигении подтвердили гипотезу о происхождении членистоногих, «Элементы», 21.10.2014.
3) Ольга Посух. Суперспособность: криптобиоз. Глава из книги «Микросупергерои. Самый живучий».
4) Е. О. Пучков. Немножко умереть.

Александр Марков

Ученые назвали животное, которое доживет до «конца света»

МОСКВА, 14 июл – РИА Новости (Крым). Тихоходки, самые выносливые существа на Земле, способны дожить до «конца света», когда Солнце полностью исчерпает запасы водорода, превратится в красного гиганта и поглотит Землю, заявляют британские ученые в статье, опубликованной в журнале Nature.

Ученые назвали четыре главных фактора высокой продолжительности жизни»Если мы не создадим систем планетарной обороны, люди будут оставаться крайне уязвимым видом животных. Даже небольшие изменения в условиях обитания могут погубить нас. С другой стороны, тихоходки практически неуязвимы для таких угроз. Возможно, что и на других планетах есть примеры столь же живучих существ. Если на Земле есть тихоходки, то кто знает, что может обитать в глубинах космоса?» — заявил Альвес Батиста (Alves Batista) из Оксфордского университета (Великобритания).

В 2007 году ученые совершили удивительное открытие, анализируя данные, собранные российским биоспутником «Фотон-М3»: оказалось, что тихододки, небольшие беспозвоночные, дальние родичи раков и насекомых, способны выживать очень долгое время в открытом космосе и даже размножаться в условиях полной невесомости и отсутствия пищи и воды.

Когда ученые начали подсчитывать и изучать гены тихоходок, их ожидал большой сюрприз – более 6,5 тысячи участков ДНК из 38 тысяч генов (18%) были «позаимствованы» ими у других организмов. Большая часть получена от бактерий-экстремофилов, но при этом в геноме тихоходок также присутствуют гены растений, грибов и архей. Недавно ученые обнаружили, что клетки тихоходок содержат в себе уникальные белки, защищающие их от смертельных доз радиации.

Ученые успешно испытали препарат от старости на мышахБатиста и его коллеги, опираясь на известные нам данные об их биологии и о том, какие космические катаклизмы могут угрожать Земле, решили выяснить, какие космические или земные опасности могут уничтожить тихоходок.

Ученые рассматривали три основных типа угроз для жизни на Земле – падение крупных астероидов, взрывы сверхновых и гамма-вспышки. Как показали расчеты, ни одно из этих событий не сможет ухудшить условия нашей планете на до такой степени, что на ней не останется даже тихоходок.

К примеру, для полного исчезновения с Земли океанов и их испарения в космос нужен чрезвычайно крупный астероид размерами с Весту, Плутон или другие крупные планеты, которые никогда не сближаются с Землей и имеют нулевые шансы упасть на нее в ближайшие 4-4,5 миллиарда лет, которые просуществует Солнце.

Ученые нашли животное, у которого есть голова и нет телаСверхновая должна взорваться на чрезвычайно близком расстоянии от Земли, всего в 0,14 световых лет от Солнечной системы, чтобы полностью «стерилизовать» планету и лишить ее всех запасов воды и других «кирпичиков жизни». Ближайшая к нам звезда, Проксима Центавры, расположена в четырех световых годах от Солнца и не представляет угрозы для нас.

Источники гамма-вспышек «нужной» мощности, как отмечают планетологи, должны находиться на расстоянии не более чем в 40 световых годах, что также невозможно, так как в ближайших окрестностях Земли нет крупных звезд, способных породить подобные катастрофические события.

«Похоже, что жизнь крайне сложно стереть с лица Земли и любой другой обитаемой планеты. История Марса показывает, что у него в прошлом была атмосфера, способная поддерживать жизнь в ее экстремальных формах. Существа с похожей стойкостью к радиации и низким температурам, похожие на тихоходок, могут существовать под поверхностью Марса или в океанах Европы и Энцелада. Поиск и открытие таких существ в этих уголках Солнечной системы помогли бы нам понять, где проходят границы жизни», — заключает астроном из Гарвардского университета Абрахам Лоеб (Abraham Loeb).

Тихоходка, факты и фотографии

Общее название:

Тихоходки

Научное название:

Тихоходка

Диета:

Всеядное животное

8

8

Что такое тихоходка?

Тихоходки — микроскопические восьминогие животные, которые побывали в открытом космосе и, вероятно, переживут апокалипсис. Бонус: они похожи на очаровательных миниатюрных медведей.

Во всем мире встречается около 1300 видов тихоходок. Считаются водными, потому что им требуется тонкий слой воды вокруг своего тела, чтобы предотвратить обезвоживание, их также наблюдали во всех видах окружающей среды, от глубокого моря до песчаных дюн. Пресноводные мхи и лишайники — их предпочтительная среда обитания, отсюда их прозвище — моховой поросенок.

Несмотря на то, что тихоходки выглядят мягкими, они покрыты жесткой кутикулой, похожей на экзоскелеты кузнечиков, богомолов и других насекомых, с которыми они связаны.Подобно этим насекомым, тихоходки должны сбросить кутикулу, чтобы вырасти. У них есть от четырех до шести когтей на каждой ступне, что помогает им цепляться за растительный материал, и специальный ротовой аппарат, называемый щечно-глоточным аппаратом, который позволяет им высасывать питательные вещества из растений и микроорганизмов.

Крошечные и выносливые

Тихоходки принадлежат к элитной категории животных, известных как экстремофилы, или твари, которые могут выжить в условиях, недоступных большинству других. Например, тихоходки могут прожить до 30 лет без еды и воды.Они также могут жить при таких низких температурах, как абсолютный ноль или выше кипения, при давлении, в шесть раз превышающем давление в самых глубоких траншеях океана, и в космическом вакууме.

Их устойчивость отчасти обусловлена ​​уникальным белком в их телах, называемым Dsup — сокращение от «подавитель повреждений» — который защищает их ДНК от таких вещей, как ионизирующая радиация, присутствующая в почве, воде и растительности.

Еще одна удивительная уловка для выживания — это криптобиоз, состояние бездействия, вызванное сухой окружающей средой.Микро-животные выжимают из своего тела всю воду, втягивают головы и конечности, сворачиваются в маленький шар и впадают в спячку. Когда условия улучшаются, они разворачиваются и занимаются своими делами.

Спаривание и размножение

Естественно, тихоходки тоже имеют необычные привычки к спариванию. В зависимости от вида животные могут размножаться бесполым или половым путем. У некоторых видов самцы откладывают сперму внутри кутикулы линяющей самки, несущей яйца, в течение часового процесса спаривания.Некоторые самки сбрасывают кутикулу, а затем откладывают яйца внутрь, чтобы потом их оплодотворили самцы.

Для вылупления яиц требуется около 40 дней или 90 дней, если они находились в высушенном состоянии.

Это самое «несокрушимое» животное на Земле

BBC — Земля — ​​Тихоходки возвращаются из мертвых

Если вы выйдете в космос без защиты, вы умрете.

Отсутствие давления заставит воздух в легких вырваться наружу.Газы, растворенные в жидкостях вашего тела, будут расширяться, раздвигая кожу и заставляя ее надуваться, как воздушный шар. Ваши барабанные перепонки и капилляры разорвутся, и ваша кровь начнет пузыриться и закипать. Даже если вы все это переживете, ионизирующее излучение разорвет ДНК в ваших клетках. К счастью, через 15 секунд вы потеряете сознание.

Как эти, казалось бы, незначительные существа выживают в таких экстремальных условиях?

Но одна группа животных может выжить в этом: крошечные существа, называемые тихоходками, длиной около 1 мм.В 2007 году тысячи тихоходок были прикреплены к спутнику и отправлены в космос. После того, как спутник вернулся на Землю, ученые исследовали их и обнаружили, что многие из них выжили. Некоторые самки даже откладывали яйца в космосе, и только что вылупившиеся детеныши были здоровыми.

Тихоходки могут выжить не только в суровых условиях космического пространства. Маленькие твари, кажется, умеют жить в некоторых из самых суровых регионов Земли. Они были обнаружены на высоте 5546 м (18 196 футов) на гору в Гималаях, в японских горячих источниках, на дне океана и в Антарктиде.Они могут выдерживать огромное количество радиации, нагреваться до 150 ° C и замораживаться почти до абсолютного нуля.

Как эти, казалось бы, незначительные существа выживают в таких экстремальных условиях и почему они развили эти сверхспособности? Оказывается, у тихоходок есть масса хитростей в рукаве, которые могут посрамить большинство организмов.

Тихоходки на первый взгляд устрашающие. У них толстые лица со складками плоти, немного напоминающие монстра Doctor Who .У них восемь ног со свирепыми когтями, напоминающими когти больших медведей. Их пасть — также серьезное оружие, с подобными кинжалам зубами, которые могут пронзить добычу.

Окаменелости тихоходок были датированы кембрийским периодом более 500 миллионов лет назад

Но беспокоиться не о чем. Тихоходки — одно из самых маленьких животных в природе. Их длина никогда не превышает 1,5 мм, и их можно увидеть только в микроскоп. Их обычно называют «водяными медведями».

Известно 900 видов.Большинство питаются, высасывая соки из мха, лишайников и водорослей. Другие являются плотоядными животными и могут даже охотиться на других тихоходок.

Они действительно древние. Окаменелости тихоходок были датированы кембрийским периодом более 500 миллионов лет назад, когда развивались первые сложные животные. И с тех пор, как они были обнаружены, стало ясно, что они особенные.

Тихоходки были обнаружены в 1773 году немецким пастором Иоганном Августом Эфраимом Гезе. Три года спустя итальянский священнослужитель и ученый Лаззаро Спалланцани обнаружил, что они обладают сверхспособностями.

Спалланцани добавил воду к осадку из водосточного желоба и посмотрел под микроскопом. Он обнаружил, что вокруг плавают сотни маленьких медведей. В своей книге «Opuscoli di Fisica Animale, e Vegetabile» он назвал их «il Tardigrado», что означает «медленно шагающий», потому что они двигались очень медленно.

В 1995 году сушеные тихоходки вернулись к жизни через 8 лет

По правде говоря, это было не впервые. Еще в 1702 году голландский ученый Антон ван Левенгук направил в Лондонское Королевское общество письмо под названием «О некоторых анималкулах, обнаруженных в отложениях в желобах на крышах домов».Он взял сухую, безжизненную пыль из желоба и добавил воды. Используя изобретенный им микроскоп, Левенгук обнаружил, что в течение часа многие маленькие «анималкулы» стали активными и начали плавать и ползать.

Эти животные были коловратками, крошечными водными существами, которые выглядят так, как будто у них на голове колеса. Казалось бы, они могли прожить месяцы без воды.

Однако тихоходки могут прожить без него десятилетиями. В 1948 году итальянский зоолог Тина Франчески заявила, что тихоходок, обнаруженных в высушенном мхе из музейных образцов старше 120 лет, можно реанимировать.После регидратации тихоходки она заметила, как движется одна из ее передних ног.

Это открытие никогда не повторялось. Но это не кажется невозможным. В 1995 году высушенные тихоходки вернулись к жизни через 8 лет.

Для большинства животных жизнь без воды совершенно невозможна.

«Когда типичная клетка высыхает, ее мембраны разрываются и просачиваются, а белки разворачиваются и агрегируются, делая их бесполезными», — говорит исследователь-экстремофил Томас Бутби из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл.«ДНК также начнет фрагментировать, чем дольше она высохнет».

Тихоходка сворачивается в сухую шелуху

Тихоходки почему-то всего этого избегают. «Поскольку водяные медведи могут пережить высыхание, у них должны быть уловки для предотвращения или исправления повреждений, от которых могут погибнуть такие клетки, как наши», — говорит Бутби.

Как они это делают? Одно из ключевых открытий было сделано в 1922 году немецким ученым по имени Х. Бауманн. Он обнаружил, что, когда тихоходка высыхает, она втягивает голову и восемь ног.Затем он переходит в состояние анабиоза, очень напоминающее смерть.

Сбрасывая почти всю воду в своем теле, тихоходка сворачивается в сухую оболочку. Бауманн назвал это «Tönnchenform», но теперь он широко известен как «tun» . Его метаболизм замедляется до 0,01% от нормы. В этом состоянии он может оставаться десятилетиями, оживая только при контакте с водой.

Помимо тихоходок, некоторые нематодные черви, дрожжи и бактерии также могут выжить при высыхании.Они делают это, производя много особого сахара, называемого трегалозой. Этот сахар образует стеклообразное состояние внутри их клеток, которое стабилизирует ключевые компоненты, такие как белки и мембраны, которые в противном случае были бы разрушены.

Тихоходки могут обладать уникальными приемами, позволяющими выжить после высыхания.

Трегалоза также может оборачиваться вокруг любых оставшихся молекул воды, не позволяя им быстро расширяться при повышении температуры. Быстро расширяющиеся молекулы воды опасны, потому что они могут разрушать клетки, что может быть фатальным.

Можно было ожидать, что тихоходки воспользуются этим приемом, чтобы выжить при высыхании, но, по словам Бутби, только некоторые виды производят трегалозу. «Некоторые виды, кажется, не содержат трегалозу или производят ее в таком низком количестве, что сахар невозможно обнаружить», — говорит он.

«Это говорит о том, что тихоходки могут обладать уникальными способностями к выживанию после высыхания», — говорит Бутби. «Мы знаем, что, когда они начинают высыхать, тихоходки создают защитные средства, которые позволяют им выжить, когда они полностью высохнут.Но что именно представляют собой эти защитные средства, до сих пор остается загадкой ».

Когда тихоходки начинают высыхать, кажется, что они вырабатывают много антиоксидантов. Это химические вещества, такие как витамины C и E, которые впитывают опасно реактивные химические вещества.

Состояние тунца является ключом к способности тихоходок справляться с высыханием

Тихоходки сталкиваются с особой угрозой со стороны «активных форм кислорода». нормального функционирования клетки, но может разрушать основные компоненты клетки, включая ее ДНК.Многие животные, подвергающиеся экологическому стрессу, часто плавают вокруг.

Антиоксиданты могут объяснить одну из величайших способностей тихоходок. Если тихоходка долгое время находится в состоянии «сухой чан», ее ДНК повреждается. Но после пробуждения может быстро это исправить.

Понятно, что состояние тунца является ключом к способности тихоходок справляться с высыханием. Но задолго до того, как Бауман открыл это, тихоходки раскрыли и другие сверхспособности.

Во-первых, их, кажется, не волнует, какая сейчас температура.В 1842 году французский ученый по имени Дойер показал, что тихоходка в состоянии чана может выдержать нагревание до температуры 125 ° C в течение нескольких минут. В 1920-х годах монах-бенедиктинец по имени Гилберт Франц Рам вернул тихоходок к жизни после того, как нагрел их до 151 ° C в течение 15 минут.

Рам также испытал их на морозе. Он погрузил их в жидкий воздух при -200 ° C на 21 месяц, в жидкий азот при -253 ° C на 26 часов и в жидкий гелий при -272 ° C на 8 часов. Впоследствии тихоходки оживали, как только соприкасались с водой.

Теперь мы знаем, что некоторые тихоходки переносят замораживание до -272,8 ° C, чуть выше абсолютного нуля. Для сравнения: самая низкая температура, когда-либо зарегистрированная на Земле, была приятной -89,2 ° C в центральной Антарктиде в 1983 году. Тихоходки справились с сильным холодом, который не возникает естественным образом и должен создаваться в лаборатории, при которой приходят атомы. к виртуальному бездействию.

Самая большая опасность для тихоходок на морозе — это лед. Если кристаллы льда образуются внутри их клеток, они могут разорвать важные молекулы, такие как ДНК.

Тихоходки действительно могут терпеть образование льда в своих клетках.

Некоторые животные, в том числе некоторые рыбы, вырабатывают антифризные белки, которые снижают температуру замерзания их клеток, предотвращая образование льда. Но у тихоходок эти белки не обнаружены.

Вместо этого кажется, что тихоходки действительно могут терпеть образование льда в своих клетках. Либо они могут защитить себя от повреждений, вызванных кристаллами льда, либо они могут его исправить.

Тихоходки могут производить химические вещества, называемые зародышеобразователями льда.Они побуждают кристаллы льда образовываться вне их клеток, а не внутри, защищая жизненно важные молекулы. Сахар трегалоза также может защитить тех, кто его производит, поскольку он предотвращает образование крупных кристаллов льда, которые могут пробить клеточные мембраны.

Но хотя у нас есть некоторое представление о том, как тихоходки справляются с холодом, мы не знаем, как они справляются с теплом. При палящих температурах, таких как 150 ° C, белки и клеточные мембраны должны распасться, и химические реакции, поддерживающие жизнь, прекратятся.

Наиболее термостойкими из известных организмов являются бактерии, обитающие по краям гидротермальных жерл в глубоком море. Они все еще могут расти при 122 ° C. Если верить Раму, тихоходки могут выдерживать даже более высокие температуры.

Многие животные, которые эволюционировали, чтобы жить в жарких местах, таких как горячие источники и палящие пустыни, производят химические вещества, называемые белками теплового шока. Они действуют как шапероны для белков внутри клеток, помогая им сохранять свою форму. Они также восстанавливают поврежденные нагреванием белки.

Это все хорошо, но нет убедительных доказательств того, что тихоходки производят эти химические вещества. С учетом того, что они могут выжить, картина становится еще более запутанной.

В 1964 году ученые подвергли тихоходок смертельным дозам рентгеновского излучения и обнаружили, что они могут выжить. Более поздние эксперименты показали, что они также могут справляться с чрезмерным количеством альфа, гамма и ультрафиолетового излучения, даже если они не находятся в состоянии туннеля.

Радиация была одной из самых больших угроз тихоходкам, отправленным в космос в 2007 году.Те, кто подвергался более высоким уровням радиации, жили хуже, чем защищенные, но уровень смертности не был 100%.

Согласно исследованию, опубликованному в 1998 году Кунихиро Секи и Масато Тойосима из Университета Канагава в Хирацука, Япония, они также могут справиться с экстремальным давлением, которое может раздавить большинство животных. Они обнаружили, что тихоходки в состоянии тунца могут выдерживать давление в 600 мегапаскалей (МПа).

При таком разрушительном давлении белки и ДНК разрываются на части.

Это превосходит все, с чем они могут столкнуться в природе.Самая глубокая часть моря — это Глубина Челленджера в Марианской впадине в Тихом океане, которая опускается на 10 994 м. Там давление воды около 100 МПа. Каким-то образом тихоходки выжили в шесть раз больше.

При таком давлении разрыва белки и ДНК разрываются на части. Клеточные мембраны, состоящие из жира, становятся твердыми, как масло в холодильнике. Большинство микроорганизмов прекращают метаболизм при 30 МПа, а бактерии не могут выжить при более чем 300 МПа.

Огромное количество факторов стресса, которые могут пережить тихоходки, вызывает головокружение.Но, возможно, объяснение на удивление простое.

Экстремальная жара и холод, радиация и высокое давление имеют одну общую черту: они повреждают ДНК и другие части клеток тихоходок. И тепло, и холод заставляют белки разворачиваться, слипаться и перестать работать. Радиация разрывает ДНК и другие важные молекулы. Высокое давление укрепляет жировые мембраны вокруг клеток.

Итак, если все факторы стресса вызывают схожие проблемы, возможно тихоходкам понадобится лишь несколько уловок, чтобы выжить.«Никто не знает наверняка, — говорит Бутби. Но «безусловно, есть несколько веских причин полагать, что для того, чтобы справиться с некоторыми из этих крайностей, можно использовать совпадающие стратегии».

Замораживание и сушка тихоходок вызывают одну и ту же проблему.

Например, высушивание и воздействие радиации повреждают ДНК тихоходок. «Таким образом, было бы разумно, чтобы тихоходки реагировали на эти два состояния схожим образом», — говорит Бутби: производя антиоксиданты и восстанавливая поврежденную ДНК.

Если это правда, то устойчивость тихоходок к радиации — это счастливая случайность: побочный эффект их адаптации к внезапной засухе. Точно так же замораживание тихоходки и ее сушка вызывают одну и ту же проблему: недостаточно жидкой воды в клетках животного.

Как ни странно, их самый известный трюк, состояние туннеля, также наименее универсален. «Тихоходки могут выжить в условиях замораживания, радиации и низкого содержания кислорода, не образуя бочки», — говорит Бутби. «Таким образом, состояние тунца, вероятно, является специфической адаптацией для борьбы с потерей воды или ее замедления.«Однако это также позволяет им выдерживать экстремальное давление.

Эта идея о том, что тихоходки используют только один или два трюка для выживания, может помочь объяснить другой большой вопрос о них: зачем они беспокоятся?

Они эволюционировали в справляются с окружающей средой, настолько экстремальной, что они даже не существуют на Земле

В отличие от бактерий, обитающих в кипящих горячих источниках или других экстремальных местах, большинство тихоходок живут в относительно непримечательных местах. Они, как правило, живут в воде или около воды, и там ничего нет тихоходка любит больше, чем хороший кусок мха и лишайника.Их жизнь даже не так увлекательна: в то время как большинство существ их размера отчаянно мечутся, тихоходки медлительны.

Тем не менее, несмотря на их довольно утомительный образ жизни, они эволюционировали, чтобы справляться с окружающей средой, настолько экстремальной, что их даже нет на Земле.

Вернее, у некоторых есть. Самая старая и примитивная группа тихоходок, Arthrotardigrada, не может выжить в экстремальных условиях или приостановить свой метаболизм. Эти более уязвимые существа подсказывают, почему другие тихоходки стали такими стойкими.

Артротардиграда обитают только в океане. Только наземные и пресноводные виды обладают исключительными навыками выживания. Это говорит о том, что ключевым моментом было покинуть океан.

Сегодня их можно найти в некоторых из самых засушливых мест на Земле.

«Одна из причин, по которой морские тихоходки не так хороши в выживании в экстремальных условиях, заключается в том, что им просто не нужно им быть», — говорит Бутби. «Океаны настолько велики, что не подвергаются резким изменениям температуры или солености, и, конечно же, они не высыхают в одночасье.«

В отличие от этого, земля опасно изменчива. Тихоходкам нужен тонкий слой воды вокруг своего тела, чтобы дышать, есть, спариваться и передвигаться. Но во многих частях суши засуха представляет опасность». в этих местах должны быть в состоянии справиться с внезапным изменением окружающей среды «, — говорит Бутби.

Таким образом, вполне логично, что наземные тихоходки эволюционировали, чтобы выжить, внезапно высохнув. Это был вопрос выживания. Более того. как только они появятся, тихоходки смогут осваивать новые места обитания.Сегодня их можно найти в некоторых из самых засушливых мест на Земле, где другие животные не могут выжить.

Но эта идея вызывает другой вопрос. Если возможность выжить при высыхании так полезна для наземных животных, почему они все этого не делают? Почему лягушки, дождевые черви и люди не развили одинаковые способности?

Точно так же, почему другие животные не могут пережить жару, холод и радиацию, как тихоходки? Возможно, вопрос не в том, почему тихоходки такие выносливые, а в том, почему другие животные так уязвимы.

Попасть в состояние тунца — рискованное решение

«Вероятно, есть несколько причин, по которым многие животные и растения не развили способности тихоходок», — говорит Бутби. «Многие животные, вероятно, просто не нуждаются в этом. Они либо не живут в среде, которая может быстро высыхать, либо они могут разработать способы избежать высыхания, как верблюд».

Но помимо этого, способности тихоходок, несомненно, связаны с издержками — издержками, которые другие животные избегают платить.В частности, переход в состояние туннеля — рискованное решение.

«Когда тихоходка полностью высыхает, она становится неактивной и не может активно избегать опасностей в своем окружении», — говорит Бутби. Бездействующий тихоходок может не умереть от жажды, но его можно съесть. «Мы знаем, что многие организмы, устойчивые к высыханию, должны вырабатывать ксенопротекторы: молекулы, которые не дают бактериям и грибам поедать их, пока они находятся в неактивном состоянии».

Может оказаться, что стать таким выносливым, как тихоходка, не окупится для других животных.Но у них это сработало. Им 500 миллионов лет, и они живут по всей планете, поэтому никуда не денутся.

красочных изображений озаряют микроскопические кишки «водяного медведя» | Умные новости

Тихоходки — восьминогие микроскопические «водяные медведи», известные тем, что выживают в экстремальных условиях, при правильном освещении могут быть довольно фотогеничными. В прошлом месяце изображение внутренностей тихоходки, освещенное флуоресцентными пятнами, было признано победителем премии Olympus «Глобальное изображение года» за 2019 год, сообщает Минди Вайсбергер для Live Science .

Биолог Тагид де Карвалью, менеджер центра визуализации Кейта Портера в Университете Мэриленда, округ Балтимор (UMBC), создал отмеченную наградами фотографию микроскопического животного, говорится в заявлении Университета. Поскольку тихоходки в основном бесцветны, де Карвальо использовал молекулы флуоресцентного красителя для окрашивания внутренних структур тихоходок, открывая потрясающий вид внутри существа, которое обычно вырастает не более чем на один миллиметр в длину.

«В тот момент, когда я увидел этот красочный образец, я понял, что это будет замечательное изображение», — говорит де Карвалью в заявлении. «Мне нравится делиться с другими удивительными вещами, которые я вижу в микроскоп».

Тихоходки, также известные как «моховые поросята», за долгие годы заработали своего рода культовый статус за то, что их трудно убить и они «очаровательно толстые», сообщает Вайсбергер. В 2012 году журнал Smithsonian сообщил, что, хотя водяные медведи обычно живут на влажных кусочках мха или в донных отложениях на дне озер, они также могут выжить как при 212 градусах по Фаренгейту, так и при 459 градусах ниже нуля.Также было обнаружено, что они выдерживают сильное давление на дне океанского дна.

Чтобы защитить себя, животные сворачивают свои тела в компактную форму пилюли, полностью обезвоживаются и выделяют химические вещества, которые образуют защитную оболочку, называемую туннелем. Этот процесс, известный как «остекловывание», эффективно мумифицирует животное и позволяет ему выживать даже в открытом космосе, сообщает Брайан Резник для Vox .

Как пишет Дженни О’Грейди для журнала UMBC Magazine , де Карвалью называет специализированный процесс создания микроскопических изображений с помощью флуоресцентных молекул «Sci-Art.”

«Я могу создавать так много цвета на своих изображениях, используя несколько флуоресцентных красителей и используя естественную флуоресценцию образцов», — говорится в заявлении де Карвалью. «Я в восторге от этого изображения, потому что флуоресцентные красители, которые я использовал, позволяют увидеть пищеварительный тракт тихоходок, включая ротовой аппарат и желудок, заполненный пищей».

Ее снимок занял первое место в американском регионе конкурса Olympus Global Life Science Light Microscopy, который, согласно заявлению, «стремится отметить как художественную, так и научную ценность микроскопических изображений».Лучший выбор в номинации «Глобальный образ года» получил ярко окрашенное изображение среза мозга мыши, созданное Айнарой Пинтор, докторантом Баскского центра биофизики в Испании.

Понравилась статья?
ПОДПИШИТЕСЬ на нашу рассылку новостей

фактов о тихоходках | Живая наука

Тихоходки, которых часто называют водяными медведями или моховыми поросятами, — это почти микроскопические животные с длинными пухлыми телами и скрюченными головами.У них восемь ног и руки с четырьмя-восемью когтями на каждой. Несмотря на то, что эти крошечные животные удивительно милы, они практически неуязвимы и могут выжить даже в открытом космосе.

Тихоходка — это тип, научная категория животных высокого уровня. (Люди принадлежат к типу хордовых — животные со спинным мозгом.) Согласно Интегрированной таксономической информационной системе (ITIS), в пределах тихоходок известно более 1000 видов.

Размер

Эти существа похожи на гусеницу, курящую кальян, из «Алисы в стране чудес».«Они могут иметь длину от 0,05 мм до 1,2 мм (0,002–0,05 дюйма), но обычно они не достигают длины более 1 мм (0,04 дюйма).

Среда обитания

Водяные медведи могут жить где угодно. Они предпочитают жить в донных отложениях на дне озера, на влажных кусках мха или в других влажных средах. Они могут выжить в широком диапазоне температур и ситуаций.

Исследования показали, что тихоходки могут выдерживать такие низкие температуры, как минус 328 градусов по Фаренгейту. (минус 200 по Цельсию) или максимум более 300 градусов по Фаренгейту (148.9 C), по данным журнала Smithsonian. Они также могут пережить радиацию, кипящие жидкости, огромное давление, в шесть раз превышающее давление самой глубокой части океана, и даже космический вакуум без какой-либо защиты. Исследование 2008 года, опубликованное в журнале Current Biology, показало, что некоторые виды тихоходок могут выжить 10 дней на низкой околоземной орбите, подвергаясь воздействию космического вакуума и радиации.

Исследователи обнаружили, что на самом деле водяные медведи могут выжить даже после того, как человечество исчезнет.Ученые из Гарвардского и Оксфордского университетов изучили вероятность определенных астрономических событий — ударов астероидов по Земле, вспышек близлежащих сверхновых и гамма-всплесков — и многих других — в течение следующих миллиардов лет. Затем они посмотрели, насколько вероятно, что эти события уничтожат самые выносливые виды Земли. И хотя такие катастрофические события, вероятно, уничтожат людей, исследователи обнаружили, что маленькие тихоходки переживут большинство из них, сообщили они в исследовании, опубликованном 14 июля 2017 года в журнале Scientific Reports.

«К нашему удивлению, мы обнаружили, что, хотя близлежащие сверхновые звезды или крупные столкновения с астероидами будут катастрофическими для людей, тихоходки не пострадают», — сказал в своем заявлении Дэвид Слоан, соавтор нового исследования и исследователь из Оксфорда. «Следовательно, кажется, что жизнь, когда она начнется, трудно полностью уничтожить. Огромное количество видов или даже целых родов может вымереть, но жизнь в целом будет продолжаться».

Привычки

Тихоходки были обнаружены немецким пастором Иоганном Августом Эфраимом Гезе в 1773 году.Он назвал их Тардиграда, что означает «медленный шаговый двигатель». В 1776 году итальянский священник и биолог Лаззаро Спалланцани обнаружил, что водяные медведи выживают в экстремальных условиях, трансформируясь.

Во многих условиях они выживают, переходя в почти смертельное состояние, называемое криптобиозом. Они сворачиваются в обезвоженный клубок, называемый чаном, втягивая голову и ноги. При повторном введении в воду тихоходка может ожить всего за несколько часов.

При криптобиозе метаболическая активность тихоходок опускается до 0.01% от нормального уровня, а их органы защищены гелем с сахаром, называемым трегалозой. Они также производят большое количество антиоксидантов, что может быть еще одним способом защиты жизненно важных органов. Согласно исследованию Токийского университета, водяные медведи также производят белок, который защищает их ДНК от радиационных повреждений.

При низких температурах они образуют специальный резервуар, предотвращающий рост кристаллов льда.

У них также есть другая защита, когда они находятся в воде.Когда в воде, в которой они живут, мало кислорода, они растягиваются и позволяют снизить скорость метаболизма. В этом состоянии их мышцы достаточно хорошо поглощают кислород и воду, чтобы они могли выжить.

В 2016 году ученые возродили две бочки и яйцо, которые находились в криптобиозе более 30 лет. Об эксперименте сообщалось в журнале Cryobiology.

Отчеты об эксперименте 1948 года утверждают, что тунец возрастом более 120 лет был возрожден, но это исследование никогда не дублировалось, согласно BBC.

Диета

Тихоходки едят жидкость, чтобы выжить. Они высасывают соки из водорослей, лишайников и мха. Некоторые виды являются плотоядными животными и даже каннибалами — по данным BBC, они могут охотиться на других тихоходок.

Потомство

Тихоходки размножаются половым и бесполым путем, в зависимости от вида. Они откладывают от одного до 30 яиц за раз. Во время полового размножения самка откладывает яйца, а самцы оплодотворяют их. При бесполом размножении самка откладывает яйца, а затем они развиваются без оплодотворения.

Классификация / таксономия

Вот классификация тихоходок в соответствии с ITIS:

Kingdom : Animalia Sub Kingdom : Bilateria Infrakingdom : Protostomia Superphylum : Ecdysoard8da разветвляется на:

• 3 класса
• 5 порядков
• 20 семейств
• 15 подсемейств
• 105 родов
• 4 подрода
• 1018 видов
• 67 подвидов

3 Статус сохранения

9000des Международный союз охраны природы.По данным National Geographic, они также не входят ни в один другой список исчезающих видов и пережили пять массовых вымираний в течение примерно полумиллиарда лет.

Прочие факты

Пасть водяного медведя может выдвигаться наружу, обнажая острые зубы, которые используются для захвата пищи.

Они плавают! Их многочисленные ноги толкают водяных медведей вперед, чтобы добраться до еды.

Тихоходки должны иметь по крайней мере тонкий слой воды вокруг своего тела, чтобы не превратиться в бочку.

Дополнительные ресурсы

Примечание редактора: Эта статья была обновлена ​​14 июля 2017 г. и добавлена ​​информация о новом открытии, касающемся устойчивости тихоходок.

Как собирать и фотографировать водяных медведей (тихоходок) Роберт Бердан

Доктор Роберт Бердан
14 июня 2018 г. (обновлено 3 июля)

Золотой водяной медведь, наблюдаемый с помощью комбинации DIC (дифференциальная интерференционная контрастная микроскопия) и Rheinberg Lighting 400X.

Введение

Как биолог и фотограф меня привлекает красота, которая окружает нас; иногда он большой, иногда маленький. Изучая некоторые из более мелких организмов и узнавая больше о них, я поражаюсь тому, что вижу. Я надеюсь поделиться с вами этим скрытым миром, чтобы вы могли проявить любопытство и поискать его, прочитать о нем или просто присмотреться внимательнее в следующий раз, когда выйдете на улицу. Неважно, живете ли вы в большом городе, находитесь ли вы рядом с парком, имеете задний двор или посещаете пустыню — водные медведи живут повсюду вокруг нас.Недавно на парковке в Японии был обнаружен новый вид водяного медведя. Возможно, вы даже захотите стать ученым-любителем.

В этой статье я поделюсь некоторыми своими недавними фотографиями «водяных медведей». Их также называют «моховые поросята» и они принадлежат к типу «тихоходка», что означает «медленно ходящие». Эти крошечные животные имеют размер от 50 до 1200 микрон (микрон = 1 \ 1000 миллиметра) — в основном они составляют около 0,5 мм в диаметре. размером, и их можно увидеть невооруженным глазом как небольшое белое пятно.При увеличении видно, как они хромают на своих восьми ногах. Большинство тихоходок белые или полупрозрачные и распространены по всему миру. На данный момент описано около 1200 видов, и, вероятно, будет обнаружено еще больше. Они родственны членистоногим.

Водяной медведь (Тихоходка) Вид сзади 200-кратная ДИК-микроскопия — обратите внимание на глаза слева

Водяные медведи обитают в межклеточных пространствах мха, лишайника, печеночника, почвы и опавших листьев, где они окружены тонкой пленкой воды.Когда вода высыхает, они сжимаются, образуя цисты или чаны, способные выдержать экстремальные температуры, ультрафиолетовое излучение и низкий уровень кислорода. Одна из причин научного интереса к этим маленьким животным заключается в том, что мы не до конца понимаем, как они могут выжить в этих экстремальных условиях. Большинство клеток при замораживании погибают из-за образующихся кристаллов воды, водяные медведи способны подавлять образование кристаллов льда, замещая воду сахарами.

Некоторые водяные медведи водятся в воде, но большинство из них являются предземными животными, то есть зависят от капель воды, которые прилипают ко мху или другим растениям.У них продолжительность жизни около 3-4 месяцев, но когда они превращаются в кисту или тунец, они могут выжить в этом состоянии годами. Исследования также показывают, что водяные медведи мало специфичны для определенных видов мхов или лишайников.

Мох и лишайник — идеальная среда обитания водяных медведей

Водяные медведи кормятся стилетами, которые протыкают растения и высасывают пищу. Некоторые тихоходки охотятся на других водных медведей, нематод, простейших и коловраток (см. Мою предыдущую статью, чтобы увидеть изображения этих микроорганизмов).Поклонники «Звездного пути», возможно, заметили, что в новом сериале изображен гигантский водяной медведь, которого они кормят пыльцой, что, в свою очередь, позволяет космическому кораблю прыгать в космосе — это невероятно, но все равно это все фантазии. Однако было показано, что тихоходки выживают в вакууме открытого космоса и солнечной радиации не менее 10 дней, что является еще одной причиной интереса к ним ученых. Однако многие биологи изучают их просто потому, что они увлекательны — давайте посмотрим.

Водяной медведь со стороны ДИК-микроскопия 200X.Внутри животного вы видите отдельные клетки, большие клетки вверху — это ооциты (яйца). Ниже туловища расположены три парные конечности, а на заднем конце — еще две конечности. У каждой конечности обычно есть отличительные когти, которые не видны на этой фотографии, но показаны ниже.

Где найти Водяных медведей

Водные медведи водятся почти везде, где есть вода, включая Антарктику. В первую очередь искать водяных медведей в моховых или лишайниковых миниатюрных лесах.Я собрала немного мха рядом с водопадом Серебряные источники и принесла его домой в бумажном пакете. Я пропитал мох дистиллированной водой и на следующий день обнаружил, что в миске плавают несколько тихоходок. Я использовал стереомикроскоп, чтобы найти их, но вы можете использовать увеличительную линзу. Они не единственное, что обитает во мхе, вы увидите, как другие движутся вокруг; чаще всего нематоды, инфузории, коловратки, клещи и коллемболы. Сейчас я собираю самые разные виды мхов и лишайников в поисках разных видов водяных медведей.Это начало моих поисков.

Лишайник собачьего языка ( Peltigera aphthosa ) — растет во влажных местах, на земле, на деревьях и камнях. Я обнаружил, что этот лишайник — богатый источник водяных медведей.

Лишайник и мох, растущие на гниющем бревне в национальном парке Йохо. Многие из мхов, печеночников (Bryophytes) и лишайников прекрасны сами по себе — делайте заметки и фотографируйте места, где вы собираете растения, когда ищете водяных медведей.Высокий мох Cladonia subradiata ?

Дерево с западного побережья Британской Колумбии, на котором растет множество лишайников и мхов. Это идеальное место для сбора мха и поиска водяных медведей. Древесный мох предположительно содержит большее разнообразие видов водяных медведей.

Лишайник на березе. На воде часты древесные лишайники. Чтобы извлечь воду, медведи оставьте лишайник на ночь в дистиллированной или дождевой воде, а на следующий день поищите воду вокруг мха.Несколько видов лишайников вверху: салатовый цвет — Hypogymnia Physodes передний — Cladonia sp ., Лишайники красного и желтого цвета -?.

Большое разнообразие лишайников и мхов, растущих в тундре, а также грибов в Йеллоунайфе, Северная Каролина. Собирать водяных медведей в тундре планирую примерно в конце лета. Показаны несколько видов лишайников: светлый Cladina rangiferina , зеленый — Peltigera aphthosa.

Оборудование, необходимое, чтобы увидеть и сфотографировать водяных медведей

Водные медведи населяют мох, лишайник, печеночники и опавшие листья.Вы можете собрать небольшие образцы растений и поместить их в бумажные пакеты — я использую пакеты для обеда от Walmart. Наклейте на пакеты информацию, дату, местоположение (данные GPS) и другую полезную информацию. Вы можете хранить образцы в бумажных пакетах неделями, а возможно, и дольше. Вернувшись домой, вы можете поместить некоторые образцы в посуду с дистиллированной водой (водопроводная вода может убить водяных медведей). В аптеке покупаю дистиллированную воду. В качестве альтернативы вы можете использовать водопроводную воду, которая была оставлена ​​в течение нескольких дней, чтобы избавиться от любых следов хлора.Я увидел водяных медведей в своих блюдах уже через час после того, как замочил мох. Я нахожу наибольшее количество медведей, глядя на посуду на следующий день. Это помогает рассмотреть водяных медведей на черном фоне с помощью сильного источника света и стереомикроскопа. Также можно использовать увеличительную линзу или увеличивающую лупу. Ищите белые бочкообразные предметы на восьми ногах, которые обычно движутся. Некоторые люди выжимают воду из мха, а затем исследуют воду. Я просто передвигаю мох в тарелке и охотюсь на медведей.Как только я нахожу один, я использую стеклянную пипетку, чтобы поместить его в другую чашку или на предметное стекло микроскопа, добавляю покровное стекло и затем просматриваю их в своем микроскопе. Чтобы сохранить или исправить водяных медведей, я помещаю их в 99% -ный изопропиловый спирт в небольшой флакон, и в будущем я собираюсь начать делать постоянные предметные стекла с изображением медведей, погружая их в канадский бальзам.

На фотографии выше показаны лишайники в большой чашке Петри, увеличительное стекло и несколько увеличительных луп, некоторые инструменты для препарирования, стеклянная пипетка, предметные стекла и покровные стекла.Все эти инструменты доступны на E-bay и Amazon за небольшую сумму денег.

Моя рабочая зона состоит из стереомикроскопа, нескольких предметных стекол, инструментов для препарирования и больших чашек Петри с мхом и лишайником, пропитанными дистиллированной водой. Как только я нахожу медведей, я перекладываю их на предметные стекла микроскопа для фотографирования.

Это еще одна установка для микроскопии, которую я использую, включая микроскоп Olympus Zoom Stereo и микроскоп Olympus E Light. Обоим прицелам уже несколько десятков лет, но они отлично подходят для исследования микроорганизмов и микрофотографии.

Большая чашка Петри с лишайником из собачьего языка ( Peltigera aphthosa ), смоченным в воде. Я роюсь в тарелке и ищу водяных медведей.

Моя фотолаборатория переоборудована в лабораторию микроскопии для микрофотографии. Для микрофотографии я использую несколько микроскопов и стереомикроскопы. Я подключаю свои камеры к ноутбуку, чтобы делать снимки с помощью бесплатного программного обеспечения Digicam control. Приличный микроскоп можно купить за несколько сотен долларов, например.AM Scopes, или вы можете купить подержанный прицел на аукционах Kijjii, E-bay или на государственных аукционах излишков, хотя это помогает узнать о микроскопах, прежде чем вкладывать деньги в подержанный. Мой основной микроскоп для микрофотографии — это Zeiss Axioscope с DIC (дифференциальный интерференционный контраст) — белая осциллограф с правой стороны изображения. Я подключил к ноутбуку «игровую» педаль USB, чтобы я мог включить камеру и освободить обе руки для фокусировки и перемещения сцены.

Выше изображены два водяных медведя, которые видны в микроскопе яркого поля с увеличением примерно в 50 раз.Чтобы их увидеть, не требуется специального освещения. Водяной медведь на врезке размыт из-за его движения и относительно длинной выдержки (1 \ 8 сек). Если водяные медведи движутся активно, я рекомендую использовать 1 \ 250 сек. выдержка или быстрее, если возможно; при необходимости увеличьте чувствительность ISO камеры, чтобы увеличить выдержку. Я записываю файлы RAW, чтобы потом настроить баланс белого, чтобы мой фон был белым, а не желтым от вольфрамовой лампочки.

Танцующий водяной медведь 200X Светлопольная микроскопия.Поскольку водяные медведи любят передвигаться, я считаю полезным сжать их покровным стеклом, высосав немного воды из-под покровного стекла бумажным полотенцем — это их замедляет и удерживает — см. Мою предыдущую статью о Советы по микроскопии.

Водяной медведь с помощью светлопольной микроскопии, вид сверху — 200X; Если вы видите две пары глаз слева и щечный глоточный аппарат внутри головы, изображение головы с большим увеличением показано ниже.

Крупный план головы водяного медведя с помощью микроскопии в светлом поле 400X. Обратите внимание на два темных глаза по бокам головы и щечно-глоточную корзину (объект овальной формы). См. Диаграмму ниже, где я определяю различные структуры. Щечно-глоточный аппарат таксономически используется для идентификации некоторых видов. Похоже, это член группы Macrobiotus.

Macrobiotus hufelandi

Macrobiotus hufelandi — наиболее распространенная тихоходка, размер которой обычно составляет от 350 до 450 микрон.У животных когти Y-образной формы. Луковица глотки имеет два макроплакоида, первый из которых длиннее второго, и обычно присутствуют микроплакоид и глазные пятна. Группа hufelandi состоит из ряда морфологически похожих видов, поэтому, не глядя на их яйца, невозможно быть уверенным, что это M. hufelandi видов. Яйца откладываются бесплатно с орнаментом, напоминающим перевернутые яичные чашки или кубки (Kinchin 1964).

Macrobiotus hufelandi (или член этой группы), просматриваемый с помощью фазово-контрастной микроскопии 200X.Используя фазовый контраст, часто легче увидеть форму когтей.

Крупный план головы и буккально-глоточного аппарата при фазово-контрастной микроскопии 400X. Nikon D300 на электронном микроскопе Olympus.

Macrobiotus hufelandi при просмотре с помощью ДИК-микроскопии кажется полупрозрачным, на этом образце отчетливо видны стилеты и глаза.

Macrobiotus hufelandi , просматриваемый под микроскопом в поляризованном свете, показывает рисунок мускулов, двулучепреломляющий глоточный аппарат и два черных глаза.200X.

Macrobiotus также является хищником — показано выше, он питается нематодой. ДИК-микроскопия

Темнопольная микроскопия дает узкий световой конус для освещения образца на темном фоне. Для получения этого типа света есть специальные конденсаторы микроскопа, или вы можете имитировать темное поле, используя фильтры с темным пятном в центре, даже монета, помещенная на фильтр, подойдет, хотя вам нужно выбрать монету правильного диаметра или переместить фильтр. вертикально на пути света, чтобы получить наилучший эффект.Создать эффект темного поля легко с помощью большинства микроскопов.

Water Bear 200X для микроскопии темного поля — Axioscope Цейса

Water Bear 200X Darkfield микроскопия, Zeiss Axioscope. Когти не в фокусе, но вы можете видеть конечности и один глаз слева.

Вид сверху на водяного медведя с малым увеличением. 100-кратная ДИК-микроскопия.

Водяной медведь Тихоходка — ДИК-микроскопия 200X

Водяной медведь сфотографирован при микроскопии 200X DIC.Обратите внимание на ячейки внутри.

Комбинация освещения Rheinberg и DIC микроскопии 200X — это освещение обеспечивает желтые блики и зеленый фон. Фильтры Rheinberg доступны на Ebay примерно за 30 долларов и могут использоваться практически с любым микроскопом.

Водяной медведь Вид сверху с помощью ДИК-микроскопии 200X. ДВС-микроскопия позволяет мне изменить цвет фона и увидеть организм в трехмерном рельефе, но, к сожалению, ДВС обходится дорого.

Комбинация DIC и освещения Райнберга Water Bear 200X дает золотистый цвет.

Этот водяной медведь был найден в лишайнике собачьего языка и имеет коричневый пигмент. 200-кратная ДИК-микроскопия. Обратите внимание на когти, показанные ниже при большем увеличении. Судя по тому факту, что у этой тихоходки есть длинный первичный коготь, круглый глотка, 2 макроплакоида, тонкая щечная трубка и коричневые пигментные полосы, вероятно, это Ramazzottius oberhaeuseri (как предположил доктор Гэри Гротман).

Крупный план Ramazzottius oberhaeuseri показывает когти — 600-кратная ДИК-микроскопия Существуют в основном симметричные 2 1 1 2 и асимметричные рисунки когтей 2 1 1 2, где 2 представляет небольшую вторичную ветвь, а 1 представляет большую первичную лапку.

Формы когтей Eutardigrade из: Филогения Eutardigrada: R. Bertolani et. al. (2014) Molecular Phylogenetics and Evolution 76: 110-126.

Фотография с большим увеличением, на которой видны когти на концах ног. 600-кратная ДИК-микроскопия.

Y-образные клешни тихоходки, характерные для Macrobiotus sp (C выше) 1000X DIC

Изображение с большим увеличением, показывающее буккально-глоточную луковицу, 2 стилета, 3 набора макроплакоидов и 2 более мелких микроплакоидов, ДИК-микроскопия 800X.

Буккально-глоточный аппарат — пронзительные стилеты и некоторые целомоциты — круглые клетки внутри тихоходки. Глоточный аппарат важен с таксономической точки зрения, наряду с когтями и строением кутикулы.

Микроскопия водяных медведей в поляризованном свете

Микроскопия в поляризованном свете часто используется для демонстрации двойного лучепреломления — способности некоторых кристаллов и анистропных веществ пропускать поляризованный свет через скрещенные поляризационные фильтры.У животных мышцы имеют правильное расположение волокон и молекул и обладают двойным лучепреломлением. Добавляя волновую пластину между поляризованным светом, я могу изменять цвета фона так же, как и при ДИК-микроскопии. На фотографиях ниже вы можете увидеть расположение мышц — например, на нижней фотографии мышцы синие, а на средней фотографии они белые. Щечно-глоточный аппарат также обладает двойным лучепреломлением, как и различные внутриклеточные органеллы.

Вид на воду с помощью микроскопии в поляризованном свете 200X.На этих фотографиях показано расположение мышц у животных.

Все тихоходки в этой статье относятся к классу Eutardigrada. Я идентифицировал их с помощью различных ключей, но, очевидно, чтобы идентифицировать некоторые виды, также необходимо посмотреть на структуру их яиц. Многие виды похожи друг на друга, и для правильной идентификации часто требуется помощь специалистов, которые работали с тихоходками. Все тихоходки, представленные в этой статье, являются наиболее часто встречающимися видами.

Коловратка хищная — Millenisum tardagradum

Я собрал лишайник с мертвой ветки сосны и пропитал его дистиллированной водой и обнаружил, что я считаю Millenisum tardagradum — хищную тихоходку, судя по ее размеру, отсутствию плакоидов на щечной глотке, 2 парам сосочков на ее поверхности. голова вокруг рта и форма когтя.Внутри кишечника я вижу мастакс коловратки — доказательство того, что это хищная тихоходка.

Milenisium tardigradum имеет большой удлиненный мускулистый зев, а внутри средней кишки можно увидеть мастакс коловратки. Известно, что Milenisium охотится на коловраток. Тихоходка имела длину 500 микрон (0,5 мм) и была обнаружена в воде, пропитанной лишайником Hypogmnia Physodes (или близкородственными видами лишайников), собранными в скалистых горах. На вставке показано увеличенное изображение когтя тихоходки, и в отличие от других тихоходок, которых я фотографировал, этот выглядит свирепо.Сфотографировано с помощью 20-кратного объектива, и фотографии сшиты вместе.

Структура луковицы глотки апохелата Milnesium tardigradum удлиненная, плакоиды отсутствуют. Есть два оральных сосочка, одна пара не в фокусе, но вы можете увидеть их на фото с меньшим увеличением выше. Класс: Eutardigrada; Орден: Апочела; Семейство: Milnesiidae.

Выше представлены две фотографии Milenisium tardagradum , сделанные с помощью микроскопии в поляризованном свете, на которых видно расположение мышц.Двулучепреломляющий материал внутри средней кишки выглядит зернистым, а мышцы щечного глоточного аппарата выглядят ярко-синими — 200-кратная поляризационная микроскопия.

Дифаскон (семейство Hypibiidae)

Diphascon scoticum (или группа?) Широко зарегистрирован, и животные обычно имеют длину от 200 до 370 микрон. Присутствуют тонкие макроплакоиды, длина которых обычно увеличивается от первого до третьего (Kinchin 1994). Стилеты короче, а буккальная трубка гибкая, как показано ниже, и на этом образце глазные пятна отсутствовали.

Diphascon разновидностей Tardigrade DIC микроскопия

Увеличение буккального глоточного аппарата с 3 макроплакоидами и гибкой буккальной трубкой. Также обратите внимание, что стилеты расположены дальше и дальше от луковицы глотки. ДИК-микроскопия.

Виды Diphascon под микроскопом в поляризованном свете.

Водяные медведи на моем заднем дворе

Я обнаружил водяных медведей почти во всех образцах лишайников и мха, которые я изучал, поэтому решил соскрести лишайник с рябины на заднем дворе и, к своему удивлению, обнаружил водяных медведей, которые выглядят как Ramazzottius oberhaeuseri .Интересно то, что я нашел троих из них с простейшими, прикрепленными к их заднему концу. Согласно Кинчину (1994) эти инфузории — это Pyxidium tardigradum (Van de Land 1964). Эти простейшие питаются бактериями и, как считается, не представляют прямого вреда для животных, но являются тормозом для тихоходок.

Лишайник, растущий у меня на заднем дворе на рябине 10X. Я соскреб лишайник и поместил его в чашку Петри с дистиллированной водой и через несколько часов обнаружил несколько тихоходок.Возможно, Rhizoplaca sp Lichen.

Ramazzottius oberhaeuseri с прикрепленными простейшими Pyxidium tardigradum инфузории

Крупный план простейших Pyxidium tardigradum , видны инфузории, прикрепленные к кутикуле тихоходок

Крупный план простейших Pyxidium tardigradum , показывающий инфузории, прикрепленные к кутикуле тихоходок. Я видел одну или две инфузории, прикрепленные к переднему концу некоторых тихоходок, хотя большинство из них прикреплялось к заднему концу тихоходок.На одно животное я насчитала до 9 инфузорий. Отчеты показывают, что этот вид инфузорий специфичен для тихоходок, однако я также видел их прикрепленными к большим бделлоидным коловраткам в том же образце лишайников — см. Ниже.

Коловратка с простейшими Pyxidium tardigradum прикрепленная микроскопия 200X DIC.

Крупный план Ramazzottius oberhaeuseri Глоточно-буккальный аппарат ДИК-микроскопия 600X, макроплакоиды легко увидеть вблизи центра луковицы глотки в голове.

Формация тихоходки — Криптобиоз

Когда лимно-наземные тихоходки сталкиваются с резкими изменениями в окружающей их среде, которые могут спровоцировать их переход в состояние покоя, при котором они приостанавливают свой метаболизм и могут выдерживать экстремальные температуры, низкий уровень кислорода, отсутствие воды, ультрафиолетовое излучение, даже рентгеновские лучи. космический вакуум. Я видел чертежи и фотографии чанов, например, с помощью сканирующего электронного микроскопа. в книге Кинчина (1994), но я никогда не видел их световых микрофотографий, поэтому не был уверен, что искать.Доктор Гэри Гротман предложил склонить тихоходок к образованию бочки. Поэтому я поместил несколько животных на предметные стекла микроскопа в каплю воды, поместил предметные стекла в большую чашку Петри с влажным бумажным полотенцем под ним и позволил воде медленно испариться в течение двух дней. Конечно же, я обнаружил, что у нескольких животных образовались бочки — см. Картинку ниже (я считаю, что тихоходки были из группы Macrobiotus).

Тардиграда, индуцированная дессикацией на предметном стекле микроскопа. ДИК-микроскопия

Тихоходка Фильм — Танцующие медведи

Или смотрите видео на YouTube https: // youtu.be / riDgQarL44A — и вы также можете просматривать в полноэкранном режиме.

Источники и ссылки

И. А. Кинчин (1994) Биология тихоходок. Портленд Пресс, Великобритания. Я получил свой экземпляр на Ebay.

Д. Р. Нельсон, Р. Гвидетти и Л. Ребекки (2016) Phylum Tardigrada в экологии и общей биологии Пресноводные животные Торпа и Ковича, Academic Press, NW. pp 347-380.

Дженис Глайм (2017) Bryophyte Ecology — см. Ее статью на этом веб-сайте и бесплатно загрузите все главы ее книг в формате PDF в конце статьи.У нее есть несколько отличных статей о тихоходках.

J. Bingmer и K. Hohberg (2017) Иллюстрированный идентификационный ключ к видам eutardigrade, известным в настоящее время в европейских почвах. Почвенные организмы 89: 127-149 — PDF

В. Гросс, С. Треффком и Г. Майер (2015) Tardigrada В книге: Эволюционная биология развития беспозвоночных, Springer — PDF.

M.J. Boekner и H.C. Проктор (2005) Водные медведи из Скалистых гор: первый взгляд на фауну тихоходок Альберты.Канадский естествоиспытатель. Vol 119. pp 586-588. Доступно онлайн в виде бесплатного PDF-файла — ищите в Google.

G.T. Гротман (2010) Тихоходки из провинциального парка Фиш-Крик, Альберта, Канада. Предварительный обзор. Канадский естествоиспытатель. Vol 125. pp 22-26. Доступно в Интернете в виде бесплатного PDF-файла.

D. Stec, K. Arakawa, L. Michalczyk (2018) Интегративное описание Macrobiotus shonaicus sp. ноя (Тихоходка: Macrobiotidae) из Японии с примечаниями о его филогенетическом положении с группой хуфеланди — скачать PDF

Tardigrades-of-North-America-New-Jersey-Survey-Michael-Shaw-NYMS-OCT2013.pdf

Всемирная база данных тихоходок — www.marinespecies.org/tardigrada

www.tardigrades.com Мартина Маха отличный выбор фотографий и информации.
tardigraderesearch.blogspot.com — ресурс о тихоходках
Информационный бюллетень тихоходок — отличные фотографии и информация.
M. Shaw (2016) Книга «Научный проект тихоходок» — хорошая книга для детей.
Онлайн-ключ к тихоходкам (хорошее место для начала, но сейчас устарело)
Видео на YouTube о тихоходках
Видео на YouTube — Жизнь тихоходок — отличное видео, показывающее различные виды, яйца и т. Д.
Как найти тихоходок — Видео на YouTube
Enlichenment — фотографии и информация о лишайниках
Электронные альты флоры Британской Колумбии
Zeiss — Микроскопия с самого начала — бесплатно PDF
Оптическая микроскопия М.В. Дэвидсона и М.Абрамовиц — Отлично — бесплатно PDF
Качественные микроскопы в Калгари — отличный источник стереомикроскопов

Статьи Роберта Бердана по теме микроскопии на этом веб-сайте

1. Советы по созданию лучших снимков с помощью микроскопа — микрофотография
2. Микроскопические прудовые организмы из Силвер-Спрингс, Калгари,
3. Микроскопическая жизнь в прудах и дождевой воде — прудовая накипь I
4. Фотосъемка микроскопических растений и животных — прудовая накипь II
5.Микрофотография и видео простейших, вольвокса и коловраток
6. Лаборатория домашней микроскопии для микрофотографии
7. Искусство и наука микрофотографии с поляризованным светом
8. Фотосъемка через микроскоп Микрофотография — внутреннее пространство
9. Совмещение фокуса для сравнения Photoshop, Helicon Focus и зерен
10. Фильтры Райнберга для микрофотографии
11. Сканирующая электронная микроскопия — фотография
12. Микрофотографии диатомовых водорослей 1877 года, сделанные Джоном Т.Редмэйн

Биография и контактная информация авторов

Роберт Бердан — профессиональный фотограф природы, живущий в Калгари, штат Алабама, специализирующийся на фотографии природы, дикой природы и научных исследований. Роберт ушел из исследований Cell \ Neurobiology, чтобы полностью посвятить себя фотографии много лет назад. Роберт предлагает фото-гид и частные инструкции по всем аспектам фотографии природы и обучение Adobe Photoshop, включая микрофотографию, макрофотографию и поиск водяных медведей!

Эл. Почта: rberdan @ scienceandart.org
Веб-сайт: www.canadiannaturephotographer.com
Телефон: MST 9: 00-19: 00 (403) 247-2457.

Нажмите на кнопки ниже и поделитесь этим сайтом со своими друзьями

тихоходок | Американский ученый

Эта статья из выпуска

сентябрь-октябрь 2011 г.

Том 99, номер 5

стр. 384

DOI: 10.1511 / 2011.92.384

Молодая женщина в дверях моего офиса спрашивает о летней стажировке, которую я предлагаю.

Что такое тихоходка? она спрашивает.

Тихоходки, — отвечаю я, — это микроскопические водные животные, обитающие практически повсюду на Земле.

Рис. 1. На этом раскрашенном электронном микрофотографии (ЭМ), напоминающем музейную диораму, тихоходка выходит из-под листа мха, чтобы охотиться за едой или спутником.ЭМ получают путем наложения молекулярной пленки металла на образец. Технология дает ложное представление о «шкуре» тихоходки. На самом деле тихоходки полупрозрачны и имеют множество цветов: белый, зеленый, оранжевый, красный. В микроокружении, созданном водой, которая слипается в трещинах мхов и лишайников из-за поверхностного натяжения, тихоходки процветают, питаясь более мелкими организмами и высасывая содержимое из клеток растений. Их влажное царство преходяще, и в ответ тихоходки разработали ряд стратегий, основанных на индуцированном криптобиозе — приостановке метаболизма путем сушки или замораживания.В своем криптобиотическом состоянии, высушенном или замороженном, они удивительно долговечны. Эти организмы выживают в экстремальных условиях — температуре, давлении и радиации — в степени, не имеющей аналогов в природе.

Eye of Science / Photo Researchers

Наземные виды живут во внутренней влажности мха, лишайника, опавших листьев и почвы; другие виды водятся в пресной или соленой воде. Их обычно называют водяными медведями — это название происходит от их сходства с восьминогими пандами.Некоторые называют их моховыми поросятами, а также их сравнивают с карликовыми носорогами и броненосцами. Увидев их, большинство людей говорят, что тихоходки — самые симпатичные беспозвоночные.

Когда-то водяные медведи были кандидатами на роль основного модельного организма для изучения развития. В настоящее время эту роль наиболее заметно играет аскарида Caenorhabditis elegans , объект изучения многих выдающихся исследователей, следовавших по следу, открытому лауреатом Нобелевской премии Сиднеем Бреннером, который начал работать над C.elegans в 1974 г. Водные медведи обладают теми же достоинствами, которые сделали C. elegans столь ценным для исследований развития: физиологическая простота, быстрый цикл размножения и точный, четко структурированный план развития. Некоторые виды могут, например, C. elegans, быть эвтелическими , что означает, что организмы сохраняют одинаковое количество клеток в процессе своего развития. У тихоходок где-то более 1000 клеток. Я и другие использую водяных медведей в качестве образцового образовательного организма, чтобы преподавать широкий спектр принципов науки о жизни.

Тихоходки почти полупрозрачные, и их средняя длина составляет около полумиллиметра (500 микрометров), что примерно равно величине точки в конце этого предложения. При правильном освещении вы действительно можете увидеть их невооруженным глазом. Но исследователи, работающие с тихоходками, видят их, как они появляются в препаровальный микроскоп с увеличением от 20 до 30, — как харизматичных миниатюрных животных.

Большинство крошечных беспозвоночных отчаянно мечутся. Тихоходки передвигаются медленно, карабкаясь по обломкам.Впервые они были названы tardigrada на итальянском языке от латинского, означающего «медленно ходящий». Тихоходки ходят на коротких, коротких ногах, расположенных под их телом, не торчащих в стороны. Эти крепкие ноги неторопливо и неторопливо толкают их по своей среде обитания.

Тихоходки имеют пять частей тела, четко очерченную голову и четыре сегмента тела, каждый из которых имеет пару ног с когтями. Когти различаются у разных видов, от фамильярно медвежьих до странно средневековых пригоршней с крючковатым оружием.Задние лапы прикреплены назад, в отличие от любого другого животного. Эти ноги используются для хватательной и медленной акробатики, а не для ходьбы.

Внутри этих крошечных зверей мы обнаруживаем анатомию и физиологию, схожую с анатомией более крупных животных, включая полный пищеварительный канал и пищеварительную систему. Части рта и сосательный зев ведут к пищеводу, желудку, кишечнику и анальному отверстию. Есть хорошо развитые мускулы, но гонада всего одна. Тихоходки имеют спинной мозг поверх парной вентральной нервной системы.(У людей есть спинной мозг и одна спинная нервная система.) Полость тела тихоходок представляет собой открытый гемоцель, который касается каждой клетки, обеспечивая эффективное питание и газообмен без необходимости в кровеносной или дыхательной системах.

Таксономисты делят жизнь на Земле на три области: бактерии, археи (древняя линия бактериоподобных клеток без ядер, которые, вероятно, в эволюционном плане ближе к организмам с ядросодержащими клетками, чем к бактериям) и эукария. Эукария делится на четыре царства: протисты, планты, грибы и животные.Тип Tardigrada — один из 36 типов (примерно, в зависимости от того, кого спрашивать) в Animalia, благодаря чему вода несет значительную отличительную ветвь на древе жизни.

Тихоходки заключены в прочную, но гибкую кутикулу, которую необходимо сбрасывать по мере роста организма. Таким образом, они были помещены среди типов на линии эволюции экдизозоа между такими животными, как нематоды и членистоногие, которые также сбрасывают кутикулу для роста.

По глазам моей знакомой студентки я вижу, что она помнит экдизозойский образ жизни из вводной биологии, но на самом деле не понимает этого.

Животные растут одним из двух способов: добавлением большего количества клеток или увеличением размера каждой клетки. Тихоходки обычно делают последнее. Если у животного твердая кутикула или экзоскелет, оно должно вырваться из панциря, чтобы вырасти. Например, летом во многих частях мира можно повсюду повсюду повсюду встречать разлетевшиеся экзоскелеты саранчи на деревьях.

Тихоходки делятся на два класса: Eutardigrada и Heterotardigrada. Как правило, представители Eutardigrada имеют голую или гладкую кутикулу без пластинок, тогда как у Heterotardigrada кутикула покрыта пластинами.

Самая известная особенность тихоходок — их грубая, упорная способность выживать в чрезвычайно экстремальных условиях. Несколько лет назад сеть Discovery, показывающая Animal Planet , передала историю обратного отсчета о самых суровых существах на Земле. Тихоходки были названы «самыми экстремальными» выжившими, превзойдя пингвинов в антарктическом холода, верблюдов в сухой печи пустыни, трубчатых червей в бездне и даже легендарного стойкого таракана.

Но экстремальная выживаемость применима только к некоторым видам наземных тихоходок.Морские и водные тихоходки не развили эти характеристики, потому что их среда обитания стабильна. Похоже, что экстравагантные приспособления для выживания были выбраны в прямом ответе на быстро меняющуюся наземную микросреду влажной флоры, подверженную быстрому высыханию и экстремальным погодным условиям.

Наземные тихоходки имеют три основных состояния: активный, аноксибиоз и криптобиоз . В активном состоянии они едят, растут, борются, размножаются, передвигаются и ведут нормальный образ жизни.Аноксибиоз возникает в ответ на недостаток кислорода. Тихоходки довольно чувствительны к напряжению кислорода. Длительная асфиксия приводит к отказу осморегуляторных регуляторов, регулирующих содержание воды в организме, в результате чего тихоходка надувается, как человек Мишлен, и плавает в течение нескольких дней, пока среда ее обитания не высохнет и не сможет возобновить активную жизнь.

Криптобиоз — это обратимое аметаболическое состояние — приостановка метаболизма — которое неизбежно сравнивали со смертью и воскрешением. При криптобиозе, вызванном сильным высыханием, метаболическая активность парализуется из-за отсутствия жидкой воды.Наземные водные медведи — это всего лишь предземные животные — водные животные, обитающие в водной пленке, обитающей в их наземных средах обитания. Мох и лишайники представляют собой губчатую среду обитания с множеством маленьких карманов с водой, и, как губки, эти среды обитания медленно высыхают. По мере того как окружающая среда теряет воду, тихоходка высыхает вместе с ними. У него нет выбора. Существо теряет до 97 процентов влаги в теле и съеживается, образуя структуру примерно на треть своего первоначального размера, которая называется тунн .В этом состоянии, форме криптобиоза, называемого ангидробиозом, что означает жизнь без воды, животное может выжить практически во всем.

Тихоходки были экспериментально подвергнуты воздействию температур 0,05 кельвина (–272,95 градуса Цельсия или функциональный абсолютный ноль) в течение 20 часов, затем согревали, регидратировали и возвращали к активной жизни. Они хранились при –200 градусах Цельсия в течение 20 месяцев и выжили. Они были подвергнуты воздействию 150 по Цельсию, что намного выше точки кипения воды, и были воскрешены.Они подверглись давлению более 40 000 килопаскалей и чрезмерным концентрациям удушающих газов (оксид углерода, диоксид углерода, азот, диоксид серы), но тем не менее они вернулись к активной жизни. В криптобиотическом состоянии животные даже пережили палящее ультрафиолетовое излучение космоса.

Предлагая студентам-ученым поразмышлять над удивительной живучестью тихоходок, в игру вступает их понимание физики, химии и биологии. Они напоминают, что вода расширяется по мере приближения к точке замерзания, поэтому лед плавает.При 4 градусах Цельсия расширение воды оказывает достаточную силу, чтобы раскалывать валуны, разрывать металлические контейнеры и взрывать живые клетки. Клетка состоит более чем на 95 процентов из воды. Разрывные силы и ледяные микрочастицы, образующиеся в замороженных клетках, такие же, как и при обморожении.

Как водяные медведи могут все это пережить? — спрашивает мой новый ученик и, возможно, будущий коллега.

На самом деле, в глубине души мы все еще недоумеваем по этому поводу, — отвечаю я.

Признаки выживания тихоходок на самом деле вполне подходят для организма, который обитает в мхах и лишайниках (мохообразных), которые обеспечивают им лишь тонкий слой защиты.Мохообразные подвержены экстремальным экологическим условиям на планете, залитой солнечным излучением. Они могут подвергаться прямому воздействию ультрафиолета в разные периоды времени и никогда не теряют возможности высыхать при изменении условий окружающей среды.

Тихоходки демонстрируют совершенно разные реакции, сгруппированные под общим названием криптобиоз, на разные источники стресса. Ангидробиоз и криобиоз приводят к образованию тунцов, но они не равнозначны — это разные механизмы защиты от различных воздействий окружающей среды.

Ангидробиоз — метаболическая суспензия, вызванная почти полным высыханием — обычное состояние тихоходок, в которое они могут входить несколько раз в год. Чтобы выжить в переходный период, водяные медведи должны высыхать очень медленно. Чан формируется, когда животное втягивает ноги и голову и сворачивается в клубок, что уменьшает площадь поверхности. Когда почти вся внутренняя вода отдана, тихоходка находится в анабиозе, сухом состоянии приостановленного движения. Это похоже на то, как если бы животное сохраняло себя, превращаясь в порошок, состоящий из ингредиентов жизни.При регидратации из-за росы, дождя или талого снега тихоходки могут вернуться в свое активное состояние в течение от нескольких минут до нескольких часов.

При криобиозе, другой форме криптобиоза, животное замораживается, но его можно оживить. Любая температура ниже точки замерзания цитоплазмы клетки подавляет молекулярную подвижность и, следовательно, приостанавливает метаболизм. Можно ожидать, что низкие температуры вызовут дополнительные структурные нарушения, однако тихоходки, как отмечалось выше, пережили самые сильные холода.Кажется вероятным, что выживание обеспечивается высвобождением или синтезом криопротекторов. Эти агенты могут управлять температурой замораживания тканей, замедляя процесс и обеспечивая упорядоченный переход в криобиоз, а также они могут подавлять зарождение кристаллов льда, что приводит к образованию кристаллов льда, благоприятных для последующего возрождения при оттаивании.

Осмобиоз — это реакция на чрезмерную соленость, которая может вызвать деструктивное осмотическое набухание. Некоторые тихоходки демонстрируют поразительно эффективную осморегуляцию, поддерживая застой перед лицом крутых осмотических градиентов.Некоторые другие ускользают через образование бочки, непроницаемой для осмотического переноса.

В 2007 году тихоходки стали первым многоклеточным животным, пережившим смертельную угрозу космического пространства. Европейские исследователи запустили эксперимент в рамках миссии Европейского космического агентства BIOPAN 6 / Foton-M3, в ходе которого тихоходки-криптобиоты подверглись прямому воздействию солнечного излучения, тепла и космического вакуума. В то время как экспериментальное судно находилось на орбите на высоте 260 километров над Землей, исследователи открыли контейнер с бочками тихоходок внутри и выставили их на солнце.Когда бочки были возвращены на Землю и регидратированы, животные двигались, ели, росли, линяли и размножались. Они выжили. Летом 2011 года проект Biokis, спонсируемый Итальянским космическим агентством, доставил тихоходок в космос на американском космическом шаттле Endeavour . Колонии тихоходок подвергались воздействию ионизирующего излучения разного уровня. В настоящее время проводится анализ повреждений, чтобы узнать больше о том, как клетки реагируют на радиацию и, возможно, как клетки тихоходки отражают его повреждение.

У моего ученика меняется голова.

Как далеко находится ближайшая солнечная система? Могут ли тихоходки-криптобиоты попасть на Землю? она спрашивает.

Я недавно видел сообщение в рассылке, в котором говорится, что это может быть всего в 10 световых годах от нас, я отвечаю. Так что, если бы тихоходки были доставлены сюда на метеоре или астероиде со скоростью всего лишь в одну десятую скорости света, они могли бы совершить путешествие в пределах известной выживаемости животного. Теоретически. Но вероятность ужасно мала. И подумайте о том, как тяжело прибыть после этого великого путешествия, но у вас нет возможности пройти через огненный спуск через атмосферу.Даже тихоходки не выдержат этого.

Переживание интенсивной радиации предполагает наличие особенно эффективной системы восстановления ДНК в активном организме. Эффективная осморегуляция в условиях экстремальной солености подразумевает активный метаболизм — осморегуляция в условиях высокой солености окружающей среды является энергетически чрезвычайно дорогостоящей, поскольку метаболические процессы идут, требуя перекачки ионов против крутых осмотических и ионных градиентов. Таким образом, мы видим у тихоходок две противоположные реакции на крайности окружающей среды: пассивную реакцию покоя в форме криптобиоза, уравновешенную гиперактивной реакцией впечатляющего восстановления ДНК и высокоэффективной осморегуляции.Тихоходки, практикующие адаптивную эволюцию, виртуозы.

Тихоходки были обнаружены практически повсюду, куда бы кто-нибудь ни взглянул, от Арктики до экватора, от приливной зоны до глубокого океана и даже на вершинах лесных пологов. Их повсеместность тесно связана с их выживанием. Меня часто спрашивают, как тихоходкам удается добраться до кроны высоких деревьев. Скорее всего, ветер их разносит. В состоянии туннеля они практически не отличимы от пылевых частиц.Но, как и споры, пыльца и семена, тунцы предпочитают, где они приземляются. Многие микросреды не подходят для обитания только что прибывших тихоходок. Тем не менее, неудачно расположенный чан может просто дождаться изменения количества осадков или, возможно, смены сезона. Когда условия улучшатся, жизнь может начаться снова.

Их успеху в качестве путешественников способствовал тот факт, что многие тихоходки из мха, лишайников и опавших листьев являются партеногенетическими, способны производить яйца без спаривания, а в некоторых случаях являются гермафродитами, способными к самооплодотворению.Одинокая тихоходка на плохом ветру — активная, тунец или яйцо — может создать популяцию там, где она приземлится, если среда обитания подходит. Возможно, сейчас мы попали под тихоходный дождь.

В настоящее время существует около 1100 описанных видов водных медведей, но не все из них являются действительными. Некоторые описания повторяются, а некоторые просто ошибочны. Было должным образом идентифицировано и описано около 1000 видов. У нас около 300 морских, 100 пресноводных и 600 наземных видов. Но наземные виды найти намного проще, и многие исследователи их изучали на протяжении многих лет.Тем не менее, на данный момент мои студенты обнаружили и описали четыре новых вида, и мы работаем над подтверждением еще полдюжины, включая один, обнаруженный в кампусе Университета Бейкер в Канзасе, где я работаю преподавателем. Мы считаем, что еще предстоит открыть множество видов, особенно в внеземных средах.

Я могу открыть новый вид? она спрашивает.

Да, сидя за микроскопом, вы можете наблюдать животное, которого никто в мире раньше не видел. Это чистое исследование.Я говорю, что в мгновение ока вы можете найти ключ к разгадке эволюции этого типа или определить животное, у которого есть лекарство от рака. Опять же, вы не можете. Мне потребовалось 16 лет, чтобы найти свой первый новый вид.

Прошлым летом студентка, задававшая вопросы в моем офисе, Рэйчел Шульте, стала стажером, работающим над грантом нашего Национального научного фонда в рамках программы исследований в бакалавриате (RUI), предназначенной для преподавания исследований путем изучения и расширения биоразнообразия типа Тихоходка. в Северной Америке.

После пары недель практики на лишайниках с местных деревьев, Рэйчел овладела инструментами торговли тихоходками — прицелом для препарирования, проволочной петлей Ирвина, подготовкой слайдов, визуализацией, ведением записей и идентификацией до уровня рода. . Она была готова работать над реальным исследовательским материалом, поэтому мы использовали образцы, собранные за пару лет до этого на трансекте с высоты более 9000 футов в горах Сьерра-Невада до Фресно, штат Калифорния.

Буквально через неделю она пришла ко мне с прекрасно сделанным слайдом.

Я думаю, что это Pseudechinsicus , но у него много маленьких пластинок на спине, боковые волокна на краю каждого сегмента и зубчатый воротник на последних лапах, — говорит она.

Это был момент обучения и обучения. Я положил предметное стекло на предметный столик нашего компьютерного микроскопа, чтобы посмотреть.

У вас есть другие экземпляры?

Восемь, все из одного образца, — отвечает она.

Я видел это раньше, это Pseudechinsicus из-за этой псевдо, или ложной, сегментарной пластины.Но, похоже, на каждом сегменте есть псевдосегментарная пластина. — Давай посмотрим, как это звучит в Рамазотти и Мауччи, — говорю я.

В 1983 году Джузеппе Рамазотти и Вальтер Мауччи опубликовали монографию The Phylum Tardigrada. Он был переведен с итальянского на английский Кларком Бизли в 1985 году. Он устарел на 27 лет и включает только половину описанных видов. Но это остается рекомендацией первой инстанции. Мы начали с рода Pseudechinsicus. Пока я читал диагностические вопросы в ключе, Рэйчел работала с микроскопом, чтобы ответить на них.

Животное выглядело как Pseudechinsicus raneyi, , как описано по Грэгрик, Мичелик и Шустер в 1964 году. Мы вытащили копию этого документа из файлов (у нас есть PDF-файлы, содержащие 95 процентов всех документов по тихоходкам. ) и читать. Описание соответствовало нашему животному. Затем мы рассмотрели список видов 1994 года, вместе с соответствующими исследовательскими работами и географическим распределением, подготовленный Макиннесом. Для нашего вида было всего два списка — оригинальное описание из Калифорнии и запись Шустера и Грэгрика в их классической работе 1965 года о тихоходках Западной Северной Америки, которая добавила Орегон к известному ареалу Pseudechinsicus raneyi в году.Просматривая новейшую литературу в нашей базе данных, Рэйчел обнаружила, что я также нашла это существо в Монтане во время моей магистерской работы в Университете Монтаны, штат Миссула, в конце 1960-х годов, хотя я не публиковал запись до 2006 года. 40 лет у нас был четвертый рекорд и новое место для необычного регионального животного.

В ходе обзора литературы мы узнали, что этот род был описан Густавом Тулином в 1911 году, который придал высокую таксономическую ценность наличию псевдосегментарной пластинки.Затем в 1987 году Кристенсен пересмотрел семейство Echinsicidae, переописал существующие роды и добавил в список четыре новых. Поскольку это произошло после того, как наше существо было описано, нам нужно было подтвердить принадлежность к роду, сравнив его характеристики с измененным, более подробным описанием.

Мы начали список характеристик по роду Pseudechiniscus Я прочитал первую строку:

Echiniscidae с черными глазами: жесткий буккальный канал, опоры для стилетов могут присутствовать, но очень маленькие и расположены близко к краю глотки. лампочка.

Глядя в микроскоп под масляной иммерсией при 1000-кратном увеличении, Рэйчел говорит:

Черные глаза, да, но щечный канал длинный и изогнутый. Гибкий. Нет видимых стилетов.

Продолжаю,… непарная лопатка. Типичные крошечные базальные вторичные шпоры.

Нет, парный. По ее словам, шпоры не крошечные и не базальные.

Я смотрю и говорю: «Никакого упоминания о дополнительной псевдосегментарной пластине».

Наши экземпляры не соответствовали описанию рода Pseudechinicus. Таким же образом мы проверили другие общие описания в семействе и пришли к выводу, что наши экземпляры не соответствуют ни одному из них. Теперь мы подумали, что имеется достаточно существенных отклонений от существующих описаний, чтобы заслуживать описания и наименования нового рода.

В течение следующих нескольких месяцев мы позаимствовали оригинальный типовой образец Pseudechiniscus raneyi из музея Бохарта в Калифорнийском университете в Дэвисе и подтвердили, что он такой же, как наши образцы.Мы с Рэйчел сделали изображения слайдов, измерили несколько характеристик каждого образца и составили сравнительную таблицу. Мы проверили и дважды проверили наши образцы. Когда мы начали передавать черновик рукописи туда и обратно, я спросил Рэйчел, хочет ли она быть соавтором, описывающим новое животное, или дать ему название в ее честь.

Мне выбирать?

Я говорю, что вы его нашли, помогли обнаружить различия и внесли свой вклад в новое описание.

В чем разница? она спрашивает.

Оба бессмертия. Но я говорю, что нельзя быть автором и по имени. Обычно мы называем новый род в честь какой-нибудь уникальной характеристики организма или в честь коллег-исследователей. Мы могли бы назвать род в честь вас, но вид остался бы raneyi, потому что наши экземпляры соответствуют уже описанному Pseudechiniscus raneyi . Мы просто переводим существующий вид в новый род, поэтому название вида не меняется, — объясняю я. Но если вы являетесь автором статьи, описывающей новый род, ваше имя идет после названия рода, перед датой, каждый раз, когда род указывается в списке, говорю я.

Так как мы это назовем? она спрашивает.

Какая самая отличительная черта этого твари?

Удлиненная буккальная трубка? она сказала.

Верно, но это очень трудно увидеть. Что еще вы видели?

Лишние псевдосегментарные пластины? она предлагает.

Хорошо, а как насчет Multi pseudechiniscus ? Я спрашиваю.

Рэйчел вместе с 250 другими студентами-исследователями представила плакат об открытии на Международной встрече и студенческой исследовательской конференции Sigma Xi в ноябре 2010 года в Роли, Северная Каролина.Новый род водяного медведя показан на рисунке 8. Наша рукопись, в которой сообщается о находке, находится на рассмотрении в рецензируемом журнале.

• Глим, Дж. М. 2010. Экология мохообразных. Онлайн-монография в двух томах. Глава 5: Тихоходки. При поддержке Мичиганского технологического университета и Международной ассоциации бриологов. www.bryoecol.mtu.edu.
• Guil, N., S. Snachex-Moreno и A. Machordom. 2009. Структура местного биоразнообразия микрометазоа: тихоходки повсюду? Систематика и биоразнообразие 7: 259–268.
• Кинчин И. М. 1994. Биология тихоходок. Лондон и Чапел-Хилл, Северная Каролина: Portland Press.
• • Kristensen, M.A., et al. 2011. Выживание в экстремальных условиях — о современных знаниях об адаптации тихоходок. Acta Physiologica 202: 409–420.
  • Кристенсен М.А. 1987. Общая редакция Echiniscidae (Heterotardigrada) с обсуждением происхождения семейства. В биологии тихоходок, R.Бертолани (ред.). Избранные симпозиумы и монографии. Union Zoologia Italia, Mucchi Modena. 1: 261–335.
  • Макиннес, С. Дж. 1994. Зоогеографическое распределение наземных / пресноводных тихоходок из современной литературы. Журнал естествознания 28: 257–52.
  • Миллер, В. Р. 1997. Тихоходки: медведи из мха. Натуралист Канзасской школы. Государственный университет Эмпории. 43: 1–16.
  • Persson, D., et al. 2011. Крайняя стрессоустойчивость тихоходок: выживание в космических условиях на низкой околоземной орбите. Журнал зоологической систематики и эволюционных исследований 49 (приложение 1): 90–97.
  • Welnicz, W., et al. 2011. Ангидробиоз тихоходок — последнее десятилетие. Журнал физиологии насекомых 57: 577–583.

Что такое тихоходка?

Тихоходки крошечные, милые и практически неразрушимые. Микроскопические животные способны выжить в котле с кипящей водой, на дне глубоководной траншеи или даже в холодном темном космическом вакууме.В августе израильский космический корабль с тихоходками в рамках научного эксперимента потерпел крушение на Луне, и ученые считают, что они, возможно, выжили.

Сотни видов, принадлежащих к типу Tardigrada, настолько выносливы, что многие из них могли оставаться здесь еще долго после того, как другая жизнь на Земле исчезла, и существовали до тех пор, пока продолжает светить солнце. Именно эта сверхъестественная способность выдерживать экстремальные условия привлекла внимание ученых, которые говорят, что тихоходки могут быть ключом к выживанию человека.То, что мы узнаем из текущих исследований тихоходок, может помочь нам выжить на операционном столе или в открытом космосе.

Как выглядят тихоходки?

Тихоходки имеют длинное пухлое тело и восемь коротких ног. Они тесно связаны с насекомыми и ракообразными, но немного похожи на свиней или медведей — их иногда называют «водяными медведями».

«Их пропорции немного похожи на медвежьи, и они довольно милые — по крайней мере, некоторые из них симпатичны некоторым людям», — сказал Роджер Чанг, молекулярный биолог Гарвардского университета, изучающий тихоходок.

Большинство видов тихоходок имеют длину менее полумиллиметра, примерно размером с пылевого клеща. По словам Чанга, некоторые виды крупнее, вырастают до 1,5 миллиметров, размером с песчинку — достаточно большие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.

Где обитают тихоходки?

Тихоходки полуводные. Они могут выжить как в водной, так и в земной среде — от океанов и озер до гор, лесов и песчаных дюн. Их можно найти по всему миру, от холодных антарктических ледников до активных лавовых полей.Чаще всего они обитают во мхе.

Большинство тихоходок поедают водоросли и цветущие растения, прокалывая клетки растений и высасывая их содержимое через свой трубчатый рот. Некоторые, однако, плотоядны и могут есть других тихоходок.

Тихоходки — первопроходцы природы, колонизирующие новые, потенциально суровые окружающей среды, обеспечивающие пищей более крупных существ, которые последуют за ними. Ученые говорят, например, что тихоходки, возможно, были одними из первых животных, которые покинули океан и поселились на суше.

Тихоходки не представляют угрозы для человека. Ученым еще предстоит идентифицировать разновидность тихоходки, которая распространяет болезнь.

Какова продолжительность жизни тихоходки?

Тихоходки, будучи полностью активными, обычно живут всего несколько месяцев. При нехватке воды они могут свернуться клубком, переходя в состояние «тун», названное так потому, что оно выглядит как большая бочка, называемая «тун».

Связанные

В этом состоянии тихоходки вырастают стеклянное защитное покрытие и замедляют свой метаболизм до 0.01 процент от обычной ставки. Чанг сказал, что тихоходка потенциально могла бы выжить в течение многих столетий, как это, хотя это не было бы большой жизнью. Состояние тун больше похоже на временную смерть, чем на долгую спячку.

«Что именно вы называете живым?» — сказал Чанг. «Это своего рода вопрос семантики».

Бессмертны тихоходки?

В активном состоянии тихоходки явно смертны. Чанг сказал, что он случайно убил бесчисленное количество тихоходок, заморив их голодом или слишком быстро высушив.Однажды он случайно отправил полную пробирку через сканер службы безопасности аэропорта.

«Их на самом деле относительно легко убить, когда они не в этом состоянии, — сказал он. «Они действительно такие же хрупкие, как и большинство микроскопических животных».

Однако тихоходки могут переносить радиацию, экстремальное давление, сильную жару и холод, включая температуры, близкие к абсолютному нулю.

Ученые подвергли тихоходок всевозможным оскорблениям, чтобы проверить их выносливость.Согласно одному исследованию, японские исследователи заморозили тихоходок на 30 лет, прежде чем оживить их и посмотреть, как они размножаются. Во-вторых, Европейское космическое агентство отправило тихоходок в космос, чтобы посмотреть, как они справятся с солнечной радиацией, и некоторым из них действительно удалось выжить.

No related posts.