Тихоходки

Горизонтальный перенос генов

Основная статья: Горизонтальный перенос генов

Геном тихоходок является относительно большим для их размеров и положения на древе эволюции — он содержит в себе около 215 миллионов нуклеотидов, что примерно в два раза больше, чем у нематод, геном которых по размеру считается типичным для мелких беспозвоночных.

Некоторое время считалось, что свыше 6500 участков ДНК (около 17 %) из 38 тысяч генов были «позаимствованы» у других организмов, в том числе бактерий-экстремофилов. Тихоходки способны переносить экстремальные формы обезвоживания, когда доля воды в их организме падает до 1—2 % от нормы. Предполагалось, что высушиваясь, ДНК Hypsibius dujardini распадается на крупные фрагменты, а при возврате в условия обитания с нормальным содержанием воды особые белки «сшивают» и восстанавливают поврежденную ДНК. В этот момент в клетки, благодаря расширенным порам, якобы могут попадать фрагменты чужой ДНК, которые «вшиваются» в геном и остаются в нём, если их появление не приводит к фатальным последствиям для тихоходки и помогает ей выживать. Учитывая то, что многие из этих участков являлись генами, отвечающими за реакцию на стресс, починку ДНК и противодействие различным экстремальным факторам, предполагалось, что тихоходки приобрели способность выживать в космосе благодаря позаимствованным генам.

Также высказывалось мнение, что причиной выводов о массовом заимствовании чужих генов являлось загрязнение (контаминация) образцов ДНК тихоходок чужой бактериальной ДНК.

Последние исследования показывают, что всего 1,2 % генов тихоходок заимствованы способом горизонтального переноса у других царств живых существ.

Происхождение вида и описание

Фото: Тихоходка

Обнаруженные в 1773 году Иоганном Августом Эфраимом Гозе, немецким зоологом, тихоходки представляют собой членистоногих микрометазоидов с четырьмя парами лап (лобопод), особенно известными своей способностью выживать в различных экстремальных условиях. Тихоходки считаются близкими родственниками членистоногих (например, насекомых, ракообразных).

На сегодняшний день исследования определили три основных класса типов тихоходок. Каждый из трех классов состоит из нескольких порядков, которые, в свою очередь, состоят из нескольких семейств и родов.

Видео: Тихоходка

Таким образом, тип тихоходок состоит из нескольких сотен (более 700) известных видов, которые были классифицированы по следующим категориям:

• класс Heterotardigrada. По сравнению с двумя другими, этот клас является самым разнообразным классом в типе тихоходок. Далее он разделен на два порядка (Arthrotardigrada и Echiniscoide) и далее на семейства, которые включают Batillipedidae, Oreellidae, Stygarctidae и Halechiniscidae среди нескольких других. Эти семьи делятся на более чем 50 родов;
• класс Mesotardigrada. По сравнению с другими классами, этот класс делится только на один порядок (Thermozodia), семейство (Thermozodidae) и один вид (Thermozodium esakii). Thermozodium esakii был обнаружен в термальном источнике в Японии, но ни один вид в классе не был идентифицирован;
• класс Eutardigrada делится на два порядка, которые включают Parachela и Apochela. Два порядка далее делятся на шесть семейств, в которые входят Mineslidae, Macrobiotidae, Hypsibidae, Calohypsibidae, Eohypsibidae и Eohypsibidae. Эти семейства далее делятся на более чем 35 родов с различными типами видов.

Популяция и статус вида

Фото: Животное тихоходка

Популяционная плотность тихоходок очень изменчива, однако ни минимальные, ни оптимальные условия для роста популяции не известны. Изменения плотности популяции тихоходок коррелировали с различными условиями окружающей среды, включая температуру и влажность, загрязнение воздуха и наличие продовольствия. Значительные различия как в плотности популяции, так и в видовом разнообразии происходят в смежных, казалось бы, идентичных микробитах.

Приспосабливаясь к широкому диапазону внешних условий, появилось большое количество родов и видов тихоходок. Они могут выживать в виде бочек годами или даже десятилетиями, чтобы выжить в сухих условиях. Кроме того, образцы, выдержанные в течение восьми дней в вакууме, переносимые в течение трех дней в газообразный гелий при комнатной температуре, а затем выдерживавшиеся в течение нескольких часов при температуре -272° C, вновь оживали, когда они были доведены до нормальной комнатной температуры. 60% образцов, хранившихся в течение 21 месяца в жидком воздухе при температуре -190° C, также ожили. Тихоходки также легко распределяются ветром и водой.

На протяжении веков, тихоходки сбивали с толку ученых и продолжают это делать. В 2016 году ученые успешно восстановили мерзлоту, которая была заморожена на протяжении более трех десятилетий, и открыли новые теории выживания животных в связи с экстремальными температурами.

Как космополитический вид, есть небольшое беспокойство, что тихоходки будут под угрозой, и в настоящее время не существуют никаких инициатив по сохранению не было сосредоточено на каких — либо конкретных видах тихоходок. Однако есть данные, что загрязнение может отрицательно сказаться на их популяциях, поскольку плохое качество воздуха, кислотные дожди и концентрации тяжелых металлов в местах обитания бриофитов привели к снижению в некоторых популяциях.

Тихоходка – возможно самое удивительное существо на земле. Ни одно существо на земле, или, возможно, во вселенной, не прошло столько, сколько прошла тихоходка. Достаточно неубиваемая для путешествий в открытом космосе и достаточно сердечная, чтобы пережить десятилетия в спячке, тихоходка может с легкостью пережить нас всех.

Теги:

• Panarthropoda
• Двусторонне-симметричные
• Животные Антарктиды
• Животные Антарктического пояса
• Животные Арктического пояса
• Животные водоемов
• Животные морей
• Животные на букву Т
• Животные океанов
• Животные Субтропического пояса Северного полушария
• Животные Субтропического пояса Южного полушария
• Животные Субэкваториального пояса Северного полушария
• Животные Субэкваториального пояса Южного полушария
• Животные тропических лесов
• Животные Тропического пояса Северного полушария
• Животные Тропического пояса Южного полушария
• Животные тундры
• Животные Умеренного пояса Северного полушария
• Животные Умеренного пояса Южного полушария
• Животные Экваториального пояса
• Интересные животные
• Линяющие
• Лобоподы
• Необычные животные
• Первичноротые
• Тихоходки
• Эукариоты
• Эуметазои

Особенности характера и образа жизни

Фото: Тихоходка под микроскопом

В то время как они активны в благоприятных условиях, тихоходки приняли ряд стратегий, которые позволяют им выживать.

Эти стратегии обычно известны как покой криптобиоз и включают в себя:

• аноксибиоз – относится к криптобиотическому состоянию, которое стимулируется очень низким или отсутствием кислорода среди водных тихоходок. Когда уровень кислорода значительно низок, тихоходка реагирует, становясь жесткой, неподвижной и вытянутой. Это позволяет им выжить от нескольких часов (для экстремальных водных тихоходок) до нескольких дней без кислорода и в конечном итоге стать активными, когда условия улучшаются;
• криобиоз – это форма криотобиоза, на которую влияют низкие температуры. Когда температура окружающей среды падает до уровня замерзания, тихоходки реагируют, образуя бочкообразные бочки для защиты мембраны;
• осмобиоз– в водном растворе с высокой ионной силой (такой как высокий уровень соли) некоторые организмы не могут выжить и, таким образом, отмирают. Тем не менее, большое количество тихоходок, обнаруженных в пресноводных средах и наземных средах обитания, выживают в форме криптобиоза, известного как осмобиоз;
• ангидробиоз – это реакция выживания на потерю воды в результате испарения. Для различных организмов вода важна для таких процессов, как газообмен и другие внутренние механизмы. Для большинства пресноводных тихоходок выживание во время обезвоживания невозможно. Тем не менее, для большого количества Eutardigrada выживание в таких условиях достигается за счет сокращения и втягивания головы и лап. Затем организмы превращаются в бочки, способные выживать после высыхания.

Образ жизни

В настоящее время известно 400 видов тихоходок (в России — 120 видов). Из-за микроскопических размеров и способности переносить неблагоприятные условия они распространены повсеместно, от Гималаев (до 6000 м) до морских глубин (ниже 4000 м). Тихоходок находили в горячих источниках, подо льдом (например, на Шпицбергене) и на дне океана. Распространяются они пассивно — ветром, водой, различными животными. Все тихоходки в некоторой степени являются водными животными. Примерно 10 % — морские обитатели, другие встречаются в пресноводных водоёмах, однако большинство населяет моховые и лишайниковые подушки на земле, деревьях, скалах и каменных стенах. Количество тихоходок во мхе может быть очень велико — сотни, даже тысячи особей в 1 г высушенного мха.

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

Чем питается тихоходка

Фото: Существо тихоходка

Тихоходки питаются клеточной жидкостью, прокалывая клеточные стенки своими пероральными стилетами. Пищевые продукты включают бактерии, водоросли, простейшие, мохообразные, грибы и разлагающиеся вещества растений. Они сосут соки из водорослей, лишайников и мха. Известно, что более крупные виды питаются простейшими, нематодами, коловратками и мелкими тихоходками.

Во рту у тихоходок есть стилеты, которые в основном представляют собой маленькие острые зубы, используемые для прокалывания растений или мелких беспозвоночных. При прокалывании они пропускают жидкости. Тихоходки питаются этими жидкостями, всасывая их, используя специализированные сосущие мышцы в их глотке. Стилеты заменяются, когда они линяют.

В некоторых средах тихоходки могут быть первичным потребитель нематод, в значительной степени влияя на размеры их популяций. Некоторые виды могут переносить протозойные виды Pyxidium tardigradum. Многие виды тихоходок, обитающие в мшистых средах, переносят грибковых паразитов.

Внутри клеток дегидратированных тихоходок тип белка, называемый «специфический для тихоходок белок с внутренним нарушением», заменяет воду. Это образует стеклообразное вещество, которое сохраняет структуры клеток нетронутыми.

Морфология и физиология

Тело у тихоходок имеет размер 0,1—1,5 мм, полупрозрачное, состоит из четырёх сегментов и головы. Снабжено четырьмя парами коротких и толстых ног с одним разветвлённым коготком на конце (у некоторых видов коготки почти отделены друг от друга), причём последняя пара ног направлена назад. Передвигаются тихоходки действительно очень медленно — со скоростью всего 2—3 мм в минуту. Ротовые органы — пара острых «стилетов», служащих для прокалывания оболочек клеток водорослей и мхов, которыми тихоходки питаются. Тихоходки имеют пищеварительную, выделительную, нервную и половую системы; однако у них отсутствуют дыхательная и кровеносная системы — дыхание кожное, а роль крови выполняет заполняющая полость тела жидкость. Систематическое положение тихоходок дискуссионно. Большинство авторов сближают их с настоящими членистоногими (Euarthropoda). Помимо этого, их могут сближать либо с нематодами (Nematoda), либо с кольчатыми червями (Annelida).

Социальная структура и размножение

Фото: Тихоходка

Размножение и жизненный цикл среди представителей тихоходок в значительной степени зависит от их среды обитания

Учитывая, что жизнь этих организмов в значительной степени характеризуется бездействием и периодической бездеятельностью, исследователи пришли к выводу, что для быстрого размножения важно, когда условия благоприятны

В зависимости от окружающей среды, тихоходки могут размножаться бесполым путем (самооплодотворение) в процессе, известном как партеногенез, или половым путем, когда самцы оплодотворяют яйца (амфимиксис).

Половое размножение у тихоходок распространено среди двудомных видов (у самцов и самок с их соответствующими половыми органами). Большинство этих организмов встречаются в морской среде и, следовательно, размножаются в морской среде.

Хотя форма и размер (морфология) гонад тихоходок в значительной степени зависят от вида, пола, возраста и т. д. организмов, микроскопические исследования выявили следующие половые органы у самцов и самок:

Самец:

• пара семявыносящих протоков, открывающихся в клоаки (задняя кишка);
• внутренние семенные пузырьки.

Самка и гермафродит:

• пара яйцеводов, которые открываются в клоаки;
• семенные сосуды (у Heterotardigrada);
• внутренняя сперматека (у Eutardigrada).

Во время полового размножения среди некоторых членов классов Heterotardigrada и Eutardigrada яйца самки оплодотворяются прямо или косвенно. Во время прямого полового оплодотворения самец тихоходки откладывает сперму в семенной сосуд самки, что позволяет транспортировать сперму к яйцеклетке для оплодотворения.

Во время непрямого оплодотворения самец откладывает сперму в кутикулу самки, когда самка линяет. Когда самка сбрасывает кутикулу, яйца уже оплодотворяются и со временем развиваются. Во время линьки самка сбрасывает кутикулу, а также некоторые другие структуры, такие как когти.

В зависимости от вида, яйца либо оплодотворяются внутри (например, у L. granulifer, где происходит яйцекладка), снаружи (у большинства представителей Heterotardigrada), либо просто выпускаются наружу, где они развиваются без оплодотворения.

Хотя родительский уход за яйцами встречается редко, он наблюдался у нескольких видов. Их яйца остаются прикрепленными к хвостовой части самки, таким образом гарантируя, что самка заботится о яйцах до того, как они вылупятся.

Выносливостьправить править код

Тихоходки привлекли внимание уже первых исследователей своей поразительной выносливостью. Ладзаро Спалланцани, наблюдая оживление тихоходок после годового анабиоза, описал это явление как «воскрешение из мёртвых»

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

Hypsibius dujardini

В состоянии анабиоза тихоходки выносят невероятные нагрузки.

Температураправить | править код

Выдерживают 30-летнее пребывание при температуре −20 °C, в течение 20 месяцев в жидком кислороде при −193 °C, восьмичасовое охлаждение жидким гелием до −271 °С; нагрев до 60—65 °С в течение 10 ч и до 100 °С в течение часа.

Ионизирующее излучениеправить | править код

Доза в 570 000 бэр убивает примерно 50 % облучаемых тихоходок. Для человека смертельная доза радиации составляет всего 500 бэр.

Давлениеправить | править код

В эксперименте японских биофизиков «спящих» тихоходок помещали в герметичный пластиковый контейнер и погружали его в заполненную водой камеру высокого давления, постепенно доведя его до 600 МПа (около 6000 атмосфер)

При этом неважно, какой жидкостью был заполнен контейнер: водой или нетоксичным слабым растворителем перфторуглеродом C8F18 — результаты по выживаемости совпадали

Открытый космосправить | править код

В эксперименте шведских учёных тихоходок видов Richtersius coronifer и Milnesium tardigradum разделили на три группы. Одна из них по прибытии на орбиту оказалась в условиях вакуума и была подвергнута воздействию космической радиации. Другая группа, кроме этого, также подверглась облучению ультрафиолетом A и B (280—400 нм). Третья группа животных испытала воздействие полного спектра ультрафиолета (116—400 нм). Все тихоходки находились в состоянии анабиоза. После 10 дней, проведённых в открытом космосе, практически все организмы были иссушены, но на борту космического аппарата тихоходки вернулись к нормальному состоянию. Большинство животных, подвергшихся облучению ультрафиолетом с длиной волны 280—400 нм, выжили и оказались способны к воспроизводству. Однако жёсткое ультрафиолетовое облучение оказало критическое воздействие, лишь 12 % животных третьей группы выжили, все они принадлежали к виду Milnesium tardigradum. Тем не менее, выжившие смогли дать нормальное потомство, хотя их плодовитость оказалась ниже, чем у контрольной группы, находившейся на Земле. Все животные из третьей группы погибли через несколько дней после возвращения на Землю.

Влажностьправить | править код

В литературе часто упоминается случай, когда мох, взятый из музея спустя приблизительно 120 лет хранения в сухом виде, поместили в воду, и через некоторое время на нём «обнаружилось множество ползающих тихоходок». На самом деле в первоисточнике говорится, что одна особь стала подавать признаки жизни, но так и не ожила. По современным данным, тихоходки могут ожить после примерно десятка лет анабиоза.