Malinké želvušky přežijí i ve vesmíru

Droboučký živočich, želvuška (tardigrada) může přežít nehostinný chlad i smrtící ionizující záření ve vesmíru. Všudypřítomná mikroskopická zvířátka, která připomínají gumové medvídky s osmi nohama, jsou proslulá svou schopností přežít některé z nejdrsnějších podmínek prostředí a být po desetiletí bez jídla a vody. Vědci možná konečně vědí, jak je to možné.

Tato odolná zvířata mohou snadno vydržet úrovně záření, které by byly smrtelné pro většinu jiných forem života, extrémní teploty a dokonce přežít i ve vakuu ve vesmíru. Vědci se domnívají, že odhalení genů odpovědných za jejich pozoruhodnou odolnost, zejména vůči ultravysokým dávkám ionizujícího záření, by mohlo odemknout řadu potenciálních aplikací od výzkumu rakoviny až po průzkum vesmíru.

Můžeme být blíž než kdy jindy k jejich odemknutí. Čínští vědci nyní identifikovali nový druh želvušek hostující tisíce genů, které se stávají aktivnějšími, když jsou vystaveny radiaci. Zdá se, že existuje složitý obranný systém, který chrání želvuščí DNA před poškozením způsobeným zářením. Jeho odhalení může připravit cestu pro návrh lepší ochrany pro astronauty před radiačním stresem při dlouhodobých misích.

Hypsibius henanensis

Nový druh, pojmenovaný Hypsibius henanensis podle čínské provincie Henan, kde byl asi před šesti lety nalezen, byl ozařován dávkami záření mnohonásobně vyššími, než jaké by byly smrtelné pro člověka. Podle článku publikovaného v časopise Science záření zasáhlo 2801 tardigrádních genů spojovaných s opravou DNA, dělením buněk, metabolismem hormonů a imunitními reakcemi.

Zdá se, že jeden z genů, které se poté staly nejaktivnějšími, nazývaný DODA1, odolává radiačnímu poškození tím, že umožňuje želvuškám produkovat antioxidační pigmenty jménem betalainy, které mohou vymazat některé škodlivé reaktivní chemikálie způsobené zářením uvnitř buněk. Když vědci ošetřili lidské buňky betalainy, zjistili, že buňky přežily mnohem lépe než neošetřené buňky, uvedl pro Nature News spoluautor studie Lingqiang Zhang, který je molekulárním a buněčným biologem v Pekingském institutu Lifeomics.

Vesmírní cestovatelé

Želvušky se v roce 2007 staly prvními zvířaty, která přežila expozici ve vesmíru poté, co ruská kapsle bez posádky přepravila 3000 živých želvušek na evropské misi na nízkou oběžnou dráhu Země a vystavila je tvrdému záření a vakuu vesmíru na 10 dní. 68 % z nich přežilo a porodilo normální potomky. Totéž se stalo s želvuškami, které byly vystřeleny do vesmíru v roce 2011 při posledním letu raketoplánu Endeavour NASA.

Několik tisíc želvušek se vysypalo na povrch Měsíce poté, co tam havarovala během přistání izraelská kosmická loď Beresheet s želvuškami na palubě. Skutečnost, že pokusná zvířátka leží na měsíční půdě, vyvolala etické otázky, neboť mikrobiologové považují jejich šance na kolonizaci Měsíce za nulové, vzhledem k nedostatku kyslíku a kapalné vody.

Poslední cesta želvušek do vesmíru se konala v roce 2021 na Mezinárodní vesmírné stanici, kde probíhá dlouhodobá studie jejich genů a technik přežití. „Chceme vidět, jaké ‚triky‘ používají k přežití, když se dostanou do vesmíru, a časem, jaké triky používají jejich potomci,“ uvedl Thomas Boothby, docent molekulární biologie na University of Wyoming, v prohlášení NASA. „Jsou stejné, nebo se mění napříč generacemi? Nevíme, co čekat.“

Jak to dělají?

Vědci z předchozích výzkumů vědí, že želvušky přetrvávají i za nepříznivých podmínek tím, že rychle pozastaví svůj metabolismus, ztrácejí většinu tělesné vody a zmenšují se na polovinu své normální velikosti, což je stav zvaný kryptobióza. Po návratu z vesmíru získaly zpět svou bývalou sílu během pouhých 30 minut poté, co se hydratovaly.

Drobní tvorové jsou také pravděpodobně schopni produkovat spousty antioxidantů – jako je nově nalezený rezervoár betalainů – k boji proti škodlivým změnám ve svých tělech vyvolaným zářením. „Viděli jsme, jak to dělají v reakci na radiaci na Zemi,“ řekl Boothby. „Myslíme si, že způsoby, jak se tardigrady vyvinuly, aby vydržely extrémní prostředí na této planetě, mohou být také tím, co je chrání před stresem vesmírných letů.“

Jsou rozkošné a nezničitelné

Jejich drobounká, roztomile tlustá těla, asi půl milimetru dlouhá, dokážou roky vysychat a poté se bez poškození oživit. Dokážou vydržet extrémní horko a chlad, které by zabily většinu ostatních forem života, a dokonce vydrží radiaci.

Jsou to v podstatě jen hlavy

Všechny želvušky mají baculatá, kompaktní těla se čtyřmi segmenty, každý má pár drápatých končetin, zavalitou hlavu zakončenou zubatým kroužkem – ústy. Ukázalo se však, že ve srovnání se členovci je vztah jejich tělních segmentů jiný a složitý. Vysvětlením může být, že jsou ve skutečnosti jen hlavami s nohama, jak poznamenali vědci ve studii publikované v roce 2016 v časopise Cell Biology. V určitém okamžiku své evoluční minulosti ztratily želvušky několik genů spojených s vývojem segmentů těla a spolu s tím také ztratily části těla, které odpovídají hrudníku a břichu u jiných členovců, uvedli autoři studie. Jejich „segmentovaný“ plán těla se velmi podobá segmentům hlavy nalezeným u členovců, což ukazuje, že pokud jde o evoluci, existuje více než jeden způsob, jak získat hlavu.

Kladou vajíčka s uchopovacími „špagetami“

Želvušky mohou žít téměř kdekoli na Zemi, kde je voda. Existuje více než 1 000 známých druhů. Nový druh byl nedávno objeven na parkovišti v Japonsku – Macrobiotus shonaicus se stal 168. druhem z Japonska. Často žijí v mechu a lišejnících a nový druh se objevil právě ve vzorku mechu, který hlavní autor studie našel na parkovišti poblíž svého bytu. Ale nejpodivnější nebylo jeho městské umístění, ale jeho vejce, která jsou zakončena vlnitými úponky podobnými špagetám. Tyto nudlové přívěsky mohou pomoci přichytit vajíčka k povrchům.

Dokážou odolat intenzivnímu žáru i mrazu

Otužilé želvušky mohou přežít podmínky, které by byly smrtelné pro většinu živých tvorů – teploty až od –200 °C do +150 °C. Dělají to tak, že vypudí veškerou vodu ze svých těl, zatáhnou své zavalité končetiny a stočí se do vysušených kuliček. Když nebezpečí pomine, rehydratují se a vrátí se do normálu, zdánlivě bez škodlivých účinků.

Nedávno vědci zjistili, že tajemstvím jejich schopnosti regenerace je určitý typ proteinu, který je pro ně jedinečný. Podle studie publikované v březnu 2017 v časopise Molecular Cell byly druhy Tardigrade, které měly konstantní přísun tohoto proteinu, úspěšnější při zotavování se ze stavu vysušení než jejich bratranci, kteří protein vždy neprodukovali.

Nemají dětství, líhnou se z vajíček plně hotové

Želvušky jsou na Zemi nejméně 500 milionů let. V roce 1938 vědci zjistili, že z jejich vajíček se líhnou nepatrní dospělci. Např. členovci mají většinou jako mláďata zřetelné larvální stádium, ve kterém jejich těla vypadají dramaticky odlišně od těla dospělých. Podle studie zveřejněné v květnu 2015 v časopise Polar Biology želvušky během života několikrát svlékají kůži, aby se přizpůsobily rostoucímu tělu, ale po celý život si udržují stejný tělesný plán.

Mají vestavěný „vesmírný oblek“

Nejenže mohou přežít vystavení extrémním teplotám, ale také odolat vroucím kapalinám a tlakům až šestinásobně vyšším, než jsou v nejhlubších oblastech oceánu. Jejich superschopnosti sahají ještě dále, mimo podmínky na Zemi. Mohou se zotavit poté, co čelily nefiltrovanému slunečnímu záření a vesmírnému vakuu. Přidaly se tak na „výhradní a krátký seznam organismů“, které jsou toho schopné, uvedli vědci v září 2008 v časopise Current Biology. Vysušené dospělé želvušky a vajíčka u dvou druhů – Richtersius coronifer a Milnesium tardigradum – byly vystaveny vesmírnému vakuu a radiaci po dobu 10 dnů na nízké oběžné dráze Země, asi 258 000 až 281 000 metrů nad hladinou moře. Oba druhy přežily „velmi dobře“ vystavení vakuu, přežití mezi těmi, které byly vystaveny radiaci, bylo „výrazně sníženo“, uvedli autoři studie. Mohou být zmrazeny po celá desetiletí, a když se probudí, opět se rozmnožují. Dva Acutuncus antarcticus tardigrades, kteří strávili více než 30 let v mrazáku výzkumníka, byli úspěšně resuscitováni a jeden z nich se téměř okamžitě začal zabývat reprodukcí. Želvušky byly získány z kousku mechu, který byl od roku 1983 skladován při –20°C a zvířátka byla v pozastaveném stavu zvaném „kryptobióza“ a nevykazovala žádné známky normálních metabolických procesů. Ale pouhý den po rehydrataci si jeden z tardigradů protahoval nohy, a když uplynulo 22 dní, vědci viděli uvnitř jeho těla vajíčka. Nakonec snesla 19 vajec, z nichž se vylíhlo 14 živých mláďat.

Inspirují nové druhy skla

Nový typ skla, který by mohl zlepšit účinnost solárních článků a LED světel, vděčí za svou inspiraci malým želvuškám. Když tito mikroskopičtí tvorové vypuzují veškerou vodu ze svých těl, aby vstoupili do dehydrovaného stavu, speciální proteiny, které se nacházejí pouze v želvuškách, promění tekutinu uvnitř jejich buněk na látku podobnou sklu, chránící biologické struktury, dokud nebude živočich opět rehydratován a oživen. Tato schopnost výzkumníky zaujala, což je v roce 2015 přivedlo k vývoji skleněného materiálu s molekulární strukturou, která byla vysoce organizovaná a více se podobala krystalům než sklu. Tyto „orientované“ molekuly by mohly sklo zefektivnit při zachycování a směrování světla, což by mohlo zlepšit výkon zařízení, jako jsou optická vlákna, LED a solární články, uvedli vědci v prohlášení.

Mohou přežít lidstvo, tuto planetu a možná i Slunce

Když se stáhne opona nad naší sluneční soustavou, možná to budou želvušky, kdo se bude smát poslední. Tým vědců zvažoval řadu scénářů, které by byly pro lidstvo katastrofální, včetně explozí blízkých supernov, expanze našeho vlastního Slunce a srážky masivního asteroidu se Zemí. V každém scénáři zůstaly želvušky v pořádku, což potvrdilo, že pokud jde o život na Zemi, jsou tak blízko k nezničitelnosti, jak jen to jde, uvedli vědci v prohlášení. Můžeme si tedy všichni být jisti, že i když se sledem ničivých událostí – nebo jednou obrovskou katastrofou zabíjející planetu – podaří vyhladit většinu živých druhů dnes, tardigrady se přesto nějakým způsobem zachrání, což zajistí, že „život jako celek bude pokračovat,“ uzavřeli vědci.

Zdroj první části článku: Teeny tardigrades can survive space and lethal radiation. Scientists may finally know how. | Live Science, Původně zveřejněno na Space.com.

Zdroj druhé části článku: 8 Reasons Why We Love Tardigrades | Live Science)