Микроскопични червеи, открити от сибирската вечна замръзналост, може да принадлежат на вид, който е изчезнал  на Земята отдавна.

Изследователите съобщават, че малките 46 000-годишни нематоди използват гени, подобни на тези на съвременните им роднини, за да влязат в състояние на хибернация, при което червеите могат да живеят за неопределено време в продължение на десетки хиляди години.

Констатациите са публикувани наскоро в PLOS Genetics.

През 2018 г. екип от учени, ръководен от еколога Анастасия Шатилович от Руската академия на науките, публикува резултатите от експерименти, при разкопки дълбоко във вечната замръзналост (пермафрост) близо до река Колима в североизточен Сибир. Екипът стига до 40 метра в тинестите отложения на обекта Дуваний яр, където голяма част от брега на реката се е срутила, разкривайки отдавна замръзналата почва. Там изследователите изкопават почти 300 проби, две от които съдържат по един нематод. Изследователите съживяват и двате и, използвайки радиовъглеродно датиране, датират почвата и растителната материя в тези проби, които се оказват отпреди 46 000 години.

След години на изучаване на генетиката и морфологията на отдавна замразените нематоди, Шатилович и нейните колеги сега твърдят, че реанимираните червеи са неописан досега вид - отпреди 46 000 години, което ги прави най-старите живи животни на планетата.

За да научи повече за червеите, които нейният екип е открил, Шатилович ги изпраща на клетъчния биолог Теймурас Курчалия (Teymuras Kurzchalia), който по това време работи в Института по молекулярна биология и генетика Макс Планк в Япония, но сега е пенсиониран.

Оцеляване за хиляди години

Въпреки че 46 000 години оцеляване е впечатляващо, нематодите не са единствените животни, извадени живи от леда. Изследователите смятат, че вечно замръзналата земя в разкритието на Дуваний яр и съществата и растителната материя в нея са останали замръзнали от периода на плейстоцена. През 30-те години на миналия век руският учен П. Н. Каптерев, затворник от ГУЛАГ, който работи в научната станция Сковородино, открива ракообразно, заровено във вечна замръзналост, което след размразяване може да се движи и да яде. Оттогава учените са реанимирали други микроскопични същества, затворени във вечна замръзналост, включително сладководните микроскопични червеи ротифери и бавноходки, и са покълнали дълго спящи семена.

Шатилович, Курчалия и техните колеги не спират да съживяват животни. Изследователите са поддържали жизнените функции на съживените нематоди в продължение на 100 поколения. Това е усложнено и от факта, че и двата екземпляра са женски. За щастие, обяснява Курчалия, те са партеногенни.

Въз основа на тяхната еднаква форма и размер, червеите първоначално е изглеждало, че принадлежат към един от двата съществуващи рода, Panagrolaimus или Plectus. Но сравненията на целия геном с наличните геноми на нематоди показват, че те не са членове на нито един настоящ вид.

Изглежда, че тези съживени същества са тясно свързани с рода Panagrolaimus, но се различават от тях, съобщават изследователите. Екипът прави и обширна морфологична характеристика на нематодите, установявайки, че тяхната форма и размер на тялото не съответстват на нито един вид Panagrolaimus, който съществува днес.

"Това наистина е нов вид, с 99% вероятност", коментира Курчалия. "В известен смисъл това е Джурасик парк." 

Курчалия и неговият екип решават да нарекат този вид Panagrolaimus kolymaensis на името на река Колима, където са открити екземплярите.

Изследователите също търсят биологичните процеси, които позволяват на червеите да живеят толкова дълго, замръзнали в леда.

Други нематоди могат да живеят в екстремни среди, като сухи пустини и замръзнали тундри, като влизат в състояние на криптобиоза (метаболитно състояние на екстремофилни организми, при което спира тяхната жизнена дейност под въздействието на неблагоприятни условия или други фактори на околната среда. В тези организми химичните процеси на метаболизма се доближават до нулево ниво.)

В проучването членовете на лабораторията на Курчалия съобщават, че могат да предизвикат това обратимо метаболитно спиране в отговор на рязко изсушаване в често използваните моделни видове Caenorhabditis elegans, като първо ги поставят във влажна среда, след което ги изсушат. Но изсъхналите червеи остават жизнеспособни само около седмица, разказва Курчалия. Простото замразяване на C. elegans ги убива, въпреки че дехидратираните и след това замразени животни могат да оцелеят най-малко 500 дни и Курчалия подозира, че те могат да оцелеят много по-дълго, може би за неопределено време.

Благодарение на секвенирането на пълния геном изследователите успяват да изследват дали P. kolymaensis има свързан с криптобиозата молекулярен механизъм, подобен на този на C. elegans. Сравнителната геномика разкрива гени в P. kolymaenis, които са подобни на тези, свързани преди това с криптобиозата C. elegans, включително гени за критични метаболитни процеси, които помагат на червеите да произвеждат трехалоза, за която Курчалия казва, че е "най-важният играч" в оцеляването след излагане на екстремни сухи условия.

Като реакция на температурите на замръзване трехалозата приема гелообразно състояние, което служи за защита на клетките и тяхното съдържание, стабилизиране на протеините и предотвратяване на образуването на увреждащи ледени кристали в клетките. При C. elegans влажната среда стимулира производството на трехалоза, изчерпвайки липидните запаси на животните и ги подготвя да навлязат в криптобиоза. Изследователите установяват, че подобно на C. elegans, P. kolymaensis също произвежда захар във влажна среда и че това помага на животните да изпаднат в криптобиоза и да останат жизнеспособни след изсушаване. Въпреки това, за някои членове на P. kolymaensis не е необходимо повишаване на влажността преди изсушаване, за да изпаднат в хибернация .

Жив или мъртъв?

Дан Шейн (Dan Shain), биолог от Университета Рутгерс, който е участвал в подобна работа с ротифери във вечно замръзналата земя, пише за , че намира за най-изненадващо, че обикновеният и широко изследван лабораторен нематод C. elegans очевидно също е способен на дългосрочно оцеляване. Така че не само "няколко екзотични и силно еволюирали изключителни вида могат да го направят, но по-скоро изглежда, че широк кръг животни потенциално притежават механизма за преминаване в криптобиотично състояние", коментира Шейн, който не е работил по настоящия документ, но е сътрудничил с някои от авторите му в миналото.

"Ние показваме, че тези червеи имат същите или поне подобни механизми, за да преминат в криптобиоза", отбелязва Курчалия.

Авторите се надяват, че този тип изследване ще доведе до повече изследвания за това как нематодите са еволюирали така, че да поддържат способността си да оцеляват за такива продължителни периоди от време.

Курчалия също се надява, че учените може да успеят да предизвикат криптобиоза при други животни.

"Нематодите са много сложни животни, но ако замразят метаболизма си за неопределено време, защо не можем да направим това в клетките на бозайници?", се пита Кърцчалия.

Този тип технология може да създаде по-дълготрайни органи, тъкани и кръв, както и клетки, които могат да оцелеят при пътуване в космоса.

Трехалозата обаче е токсична за клетките на бозайниците, а на гръбначните липсват ензимите, за да я направят. Остават и други въпроси, като например как точно червеите стартират клетките си и възстановяват увреждането на ДНК, след като са били замразени толкова дълго, посочва Курчалия.

Това, което остава неясно, е дали 46 000 години във вечна замръзналост са максималното възможно време за спиране на криптобиозата за този вид.

Шейн смята, че е малко вероятно животните да могат да оцеляват безкрайно дълго.

"В крайна сметка биологичните промени, водещи до смърт при умерени условия, в края на краищата ще направят същото по време на криптобиозата", коментира Шейн.

Справка: Shatilovich A et al. A novel nematode species from the Siberian permafrost shares adaptive mechanisms for cryptobiotic survival with C. elegans dauer larva. PLoS Genet. 2023;19(7):e1010798

Източник: Worms Frozen for 46,000 Years are the Oldest Known Living Animals, THE SCIENTIST

Още по темата

03/08/2023

Земята

Вечно замръзналата кутия на Пандора: Отприщване на патогени от леденото минало

24/11/2022

Животът

Съживен е най-стария вирус досега - 48 500-годишен "мегавирус" - от древната сибирска вечна замръзналост

20/10/2022

Животът

Човешката хибернация е реална - ето как би могла да се осъществи

08/06/2021

Животът

Тези мънички същества са възкресени след 24 000 години, замразени в Сибир