В 2019 году израильский лунный модуль «Берешит» разбился о поверхность Луны. На борту были тысячи тихоходок, залитых в эпоксидную смолу, обезвоженных, в состоянии, которое вежливо называют «криптобиоз», но по простому — мы не уверены, живые ли они вообще. Так вот, они, скорее всего, живые, и, скорее всего, им норм.

В этой статье разберем из чего же сделаны эти полмиллиметра бессмертия, и при чем тут инопланетяне.

Те самые водяные мишки

Первый раз я увидел тихоходок в одной статье на n+1 (слышал про них и раньше, но увидел впервые), восемь ног, хоботок, походка как у толстенького бульдога (отсюда и «тихоходка» — от латинского tardigradus, «медленно шагающий»). Живут везде: во мху на даче, в арктических льдах, на дне Марианской впадины и в горячих источниках. И этих малышей больше 1300 видов. Открыли их в 1773 году, назвали «маленькими водяными медведями» — и с тех пор каждые несколько лет учёные обнаруживают что-то новое, от чего хочется проверить, не баг ли это в симуляции.

Характеристики, которые ломают здравый смысл

Давайте просто пройдёмся по спеке. Как по даташиту какого-нибудь «иновационного» микроконтроллера, который явно проектировали в пятницу вечером.

Температура:

• Минимум: −272 °C. Это один градус выше абсолютного нуля. При этой температуре гелий ещё жидкий, а тихоходка всё ещё потенциально жизнеспособна.

• Максимум: +150 °C. Кратковременно.

Давление:

• До 600 МПа (≈6000 атмосфер). Для контекста: дно Марианской впадины — это ~1100 атмосфер. Тихоходка держит в шесть раз больше. Зачем? На Земле нет места с таким давлением, вообще. Зачем ей это?

Радиация:

• Летальная доза для человека около 5 Гр. Тихоходки переживают 5000 Гр гамма-излучения. Тысячекратный запас. Некоторые виды до 6200 Гр, и это не рекорд, просто дальше учёные перестали увеличивать дозу.

Вакуум:

• В 2007 году ESA отправила тихоходок на орбиту на спутнике FOTON-M3. Десять дней в открытом космосе, вместе с вакуумом, ультрафиолетом, и космическим излучением. Часть тихоходок вернулась живой и даже дала потомство.

Обезвоживание:

• Тихоходка может потерять 97% воды в организме и перейти в состояние скукоженного бочонка, в котором метаболизм падает до 0,01% от нормы. Фактически — SIGSTOP для многоклеточного организма. А потом просто добавляем каплю воды, и через полчаса она ползёт дальше, как ни в чём не бывало.

  ---

Хорошо, но как?

Тут мы поговорим о механике, почему это вообще возможно для живого организма. Потому что «выживает» звучит абстрактно, а хочется понять, какой именно хак они используют.

Трегалоза и стекло

При обезвоживании многие виды тихоходок синтезируют трегалозу — дисахарид, который при высыхании образует стекловидную матрицу. Буквально: клетки тихоходки покрываются изнутри тончайшим биологическим стеклом, которое фиксирует мембраны и белки в «правильных» положениях. Стеклование — тот же принцип, который используют в криобиологии для сохранения эмбрионов. Только тихоходка делает это сама, без жидкого азота и лаборатории за $2M.

А некоторые виды трегалозу не используют вовсе. Они нашли другой путь.

Dsup — белок, которого не должно быть

В 2016 году группа из Токийского университета секвенировала геном тихоходки и нашла белок, которому дали название Dsup — Damage Suppressor. Буквально «подавитель повреждений».

Dsup обволакивает ДНК физически, как защитная плёнка, и снижает радиационные повреждения на ~40%. Это уникальный белок. Его нет ни у одного другого известного организма на Земле вообще.

Когда ген Dsup вставили в культуру человеческих клеток (HEK293), эти клетки стали вдвое устойчивее к рентгеновскому излучению. Человеческие клетки с одним дополнительным геном тихоходки...

(Тут очень хочется вставить шутку про современную супергероику. Тихоходка в комиксах сильно недооценена, и вместо укуса паука следовало бы Питеру Паркеру быть укушенным геномодифицированной тихоходкой.)

IDP — белки-хаоситы

Ещё один козырь — intrinsically disordered proteins (IDP), внутренне неупорядоченные белки. У большинства белков есть чёткая третичная структура — альфа-спирали, бета-листы, всё по учебнику. У IDP тихоходок нету. Они болтаются как спагетти в кипятке, но при высыхании эти «спагетти» складываются в жёсткую стекловидную матрицу, защищая клеточные структуры.

То есть тихоходка использует белки, которые работают только в экстремальных условиях. В нормальном состоянии они просто висят без дела. Как код, который ты написал «на всякий случай» и который однажды реально спас продакшен (хотя уже думал его удалить для оптимизации рабочего пространства в угоду любви к минимализму).

Горизонтальный перенос: ctrl+c, ctrl+v из чужих геномов

В 2015 году вышла нашумевшая (и спорная) статья в PNAS, утверждавшая, что до 17% генома тихоходки Hypsibius dujardini — заимствования от бактерий, архей, грибов и растений. Потом цифру скорректировали вниз до ~6–8% (часть оказалась контаминацией), но даже 6% — это аномально много для животного. Для сравнения: у человека горизонтально перенесённых генов меньше 1%.

Тихоходка буквально собрала свой геном из open source библиотек. Я бы сказал, что это микросервисная архитектура, но боюсь обидеть тихоходок.

«Зачем» — вопрос, на который нет ответа

Шесть тысяч атмосфер. На Земле нет среды с таким давлением.

На поверхности — максимум дно океана, ~1100 атм, и тихоходки там живут, но не массово.

Радиация в 1000 раз выше летальной для человека — а где на Земле такой фон? Нигде.

Вакуум — тихоходки не живут в космосе. Так зачем эволюции тратить ресурсы на защиту от условий, которых на планете не существует?

Стандартный ответ эволюционных биологов: это побочный эффект. Адаптация к обезвоживанию (а тихоходки регулярно высыхают во мху) «бесплатно» даёт устойчивость к радиации и вакууму — потому что и то, и другое повреждает клетки схожими механизмами (оксидативный стресс, разрывы ДНК). Называется «кросс-толерантность».

Звучит разумно, но есть нюанс — 6000 атмосфер кросс-толерантностью к высыханию не объясняются. И устойчивость к ионному излучению тоже с обезвоживанием коррелирует не идеально: некоторые виды тихоходок, которые не впадают в ангидробиоз, всё равно переносят высокие дозы.

Панспермия: а что, если не шутка?

Идея панспермии — что жизнь (или её предшественники) попала на Землю из космоса — старая. Ещё Аррениус в 1903-м об этом писал. Долгое время это была маргинальная гипотеза, пока мы не нашли тихоходок.

Не то чтобы тихоходка прям сто процентный инопланетянин. Но она — proof of concept. Живое доказательство того, что многоклеточный организм может пережить межпланетный перелёт. Вакуум — ок. Радиация — ок. Перепады температур — ок. Удар при посадке... а вот тут интересно.

В 2021 году в журнале Astrobiology вышла работа, где тихоходок в состоянии тун (те самые обезвоженные бочки) разгоняли до 900 м/с и стреляли ими в песчаную мишень. Выжили все, кто летел медленнее 728 м/с. При 901 м/с — никто. Давление при ударе — до 1.14 ГПа. Это, кстати, вполне в диапазоне ударов при выбросе породы с поверхности планеты от метеоритного импакта.

То есть теоретически: метеорит бьёт по планете, кусок породы с тихоходками вылетает на орбиту, дрейфует миллионы лет, падает на другую планету и тихоходки там просыпаются.

А теперь — про «Берешит» и Луну

Вернёмся к началу. Апрель 2019 года. Израильский модуль «Берешит» разбился при посадке на Луну. На борту — капсула фонда Arch Mission Foundation с тысячами обезвоженных тихоходок на клейкой ленте, залитых эпоксидной смолой.

Нова Спивак (основатель фонда) сказал журналистам, что тихоходки, «вероятно, рассыпались по поверхности Луны». Учитывая их устойчивость — они там. Обезвоженные, замороженные, облучённые. (Мертвые? А вот не факт...)

В 2023 году опубликовали результаты эксперимента, в котором тихоходок хранили в замороженном состоянии 30 лет. Потом разморозили — и они ожили. (Были и данные о 120-летнем замороженном мхе, из которого извлекли живых тихоходок, но эти результаты пока спорные.)

На Луне нет воды, значит, тихоходки не «проснутся» сами, но они там, скорее всего, целые.

Тихоходка и информационные технологии (да, я серьёзно)

Dsup в биотехнологии. Уже сейчас Dsup исследуют как инструмент для защиты клеток в генной терапии. Если можно вставить один ген и получить двукратную устойчивость к радиации — это потенциально революция для космической медицины. Астронавты на марсианских миссиях будут подвергаться серьёзным дозам. И один белок тихоходки может решить часть проблемы.

Сухое хранение биоматериалов. Вакцины, кровь, ферменты — всё это требует холодовой цепи. А если использовать принцип трегалозного стеклования? Уже есть стартапы, которые экспериментируют с «высушиванием» биопрепаратов по принципу тихоходки. Представьте: вакцины, которые хранятся при комнатной температуре годами. А логистика фармы — одна из самых дорогих в мире, между прочим. Тихоходка может её сломать (в хорошем смысле).

Радиационно-стойкие клеточные линии. Dsup + человеческие клетки = линии, которые можно использовать для тестирования радиационных эффектов без постоянной гибели образцов. Это уже работает в лабораториях.

Пришелец или нет?

Тут спорно, с одной стороны геном достаточно хорошо вписывается в земное древо жизни. Их ископаемые находят в янтаре мелового периода (~80 млн лет), а молекулярные часы отодвигают происхождение на ~500 млн лет назад, в кембрий.

Но с другой...

500 миллионов лет — это пять массовых вымираний. Ордовикско-силурийское, девонское, пермское (когда вымерло 96% морских видов), триасовое, мел-палеогеновое. Тихоходка пережила все. С её набором адаптаций к условиям, которых на Земле не было и нет, — она избыточно устойчива. Как сервер с тройным резервированием в дата-центре, который стоит посреди поля.

И вот эта избыточность — то, что действительно заставляет спорить о происхождении тихоходок. Эволюция не создаёт запасов прочности без давления отбора. (Обычно) А тут хранилище устойчивостей «на все случаи жизни», большинство из которых на Земле никогда не пригождались.

Может, пригождались не на Земле?

(Нет, я не ухожу в конспирологию (стараюсь изо всех сил), но как гипотеза — красиво же.)

P.S. Если вдруг у кого-то есть доступ к микроскопу и мох (тихоходки правда везде), то очень бы хотелось посмотреть на фотки энтузиастов.