Живой организм из 24-тысячелетней мерзлоты

Что нашли в сибирской вечной мерзлоте

Летом, когда бурят вечную мерзлоту в районе реки Алазея на северо-востоке Сибири, из скважины поднимают керн — замороженный цилиндр земли, похожий на ледяную колонну. Именно из такого керна, взятого с глубины 3,5 метра, сотрудники Лаборатории криологии почв извлекли кое-что совершенно неожиданное. Образцы брали строго из центра керна, чтобы исключить загрязнение более молодыми слоями. Когда замороженную почву медленно довели до комнатной температуры и поместили в чашку Петри с питательной средой, через несколько недель наблюдений выяснилось: крошечные существа внутри были живы.




7 июня 2021 года в журнале Current Biology вышла статья группы авторов под руководством Любови Шмаковой — «Живая бделлоидная коловратка из арктической вечной мерзлоты возрастом 24 000 лет». Радиоуглеродный анализ окружающего органического материала почвы дал возраст от 23 960 до 24 485 лет. Грубо говоря, эти существа жили в одно время с мамонтами.

Что такое бделлоидные коловратки

Коловраток называют «wheel bearers» — «несущие колесо», от латинского rota. Произносится «бделлоиды» (DELL-oyds). Это многоклеточные животные, микроскопические, обитающие в пресной воде, влажной почве и временных водоёмах, которые то высыхают, то промерзают. По форме они напоминают полупрозрачных червей, немного похожих на торпеду. У них есть заострённый конец, которым они цепляются за поверхности, и щетинистый рот на противоположном конце для захвата водорослей и другой пищи.




Несмотря на микроскопический размер, у коловраток есть мозг, кишечник, мышцы и репродуктивная система. Это не бактерия и не простейшее — это полноценное многоклеточное животное с органами. Вся популяция бделлоидных коловраток состоит исключительно из самок.

Эти существа давно известны науке как одни из самых устойчивых животных на Земле. Они переживают высыхание, голод, кислотную среду, дефицит кислорода и радиацию. По стойкости их часто сравнивают с тихоходками — теми самыми «водяными медведями», которые выживают в открытом космосе. Но то, что обнаружили в сибирской мерзлоте, превзошло все прежние представления о возможностях этих животных.

Находка и возраст: откуда цифра в 24 000 лет

До этого открытия научная литература указывала, что коловратки способны выживать в замороженном состоянии максимум 6–10 лет. Теперь эта цифра выглядит просто смешно. Радиоуглеродное датирование работает по принципу сравнения соотношения распавшегося радиоактивного углерода-14 к углероду-12 в органическом материале вокруг образца. Чем старше материал, тем меньше в нём C-14. Именно так и была получена дата: от 23 960 до 24 485 лет.




Найденная коловратка принадлежит к ранее неизвестному виду рода Adineta. Её ближайший живой родственник — Adineta vagas, собранный в Бельгии. То есть за 24 тысячелетия биологически ничего принципиально не изменилось. Это само по себе любопытный факт о темпах эволюции у этих животных.

Как их разбудили и что было дальше

Образцы оттаивали медленно, не допуская резкого теплового удара. После помещения в чашку Петри за ними наблюдали каждые несколько дней на протяжении пяти недель. Постепенно организмы восстановились, начали двигаться и питаться.




Дальше произошло то, что окончательно превратило находку из курьёза в серьёзный научный результат: коловратка размножилась. Метод размножения — партеногенез, то есть бесполое клональное воспроизводство без участия самцов и оплодотворения. Древний организм породил потомство, которое стало объектом дальнейших лабораторных исследований.

Что показали опыты с потомством

Биологи получили 144 клона от ожившей древней коловратки. Всё это потомство заморозили при температуре минус 15 градусов Цельсия на одну неделю. Цель была простой: проверить, унаследовали ли клоны способность выдерживать медленное замерзание и образование ледяных кристаллов внутри клеток, которые в норме разрушают клеточные структуры.




Результат оказался однозначным: все 144 клона пережили заморозку и разморозку без видимых последствий. Это подтвердило, что речь идёт не о случайном везении отдельного экземпляра, а о воспроизводимой биологической способности, передающейся по наследству.

Загадка выживания: что защищает их клетки

Точный механизм, который не даёт ледяным кристаллам уничтожать органы и ткани коловраток, до сих пор неизвестен. Это, пожалуй, главный вопрос, который встаёт после данного открытия.




Морской эколог Керри Суодлинг, комментируя исследование, указала на важное отличие: антарктические рыбы защищают себя от замерзания с помощью гликопротеинов, которые снижают температуру замерзания жидкостей в организме. У бделлоидных коловраток ничего подобного обнаружено не было. Значит, механизм принципиально другой.

Исследователь антарктических микроорганизмов Рик Кавиккьоли предложил другую версию. По его мнению, выживание может быть связано с механизмами, которые удерживают в рабочем состоянии ферменты репарации ДНК. Замороженные клетки накапливают повреждения, и способность быстро их устранять после оттаивания критически важна. Кроме того, он указал на возможный эффект «перекрёстной защиты»: коловратки эволюционно приспособлены к глубокому обезвоживанию — высыхание и замерзание с биохимической точки зрения имеют схожие последствия для клеток, поэтому механизмы выживания при сухости могут частично работать и при заморозке.

Эндрю Розендейл, биолог из Университета горы Святого Иосифа в Цинциннати, занимается этими вопросами со своей стороны. Однако никто пока не дал окончательного ответа.

Что это означает для науки о криосохранении

До сих пор самым убедительным доказательством того, что многоклеточный организм с настоящими органами может пережить многотысячелетнюю заморозку и вернуться к жизни, была сама эта находка. Одноклеточные организмы, бактерии, вирусы — это одно. Животное с мозгом, кишечником и мышцами — совсем другой уровень сложности.




Криобиоз — состояние полностью заторможенного обмена веществ, в котором пребывали коловратки — это не смерть и не сон в обычном смысле. Метаболизм практически остановлен, биохимические процессы заморожены, но биологическая информация сохраняется в целости. Именно это состояние позволяет пережить 24 000 лет без каких-либо признаков распада.

Понимание того, как именно это работает, имеет прямое практическое значение. Криосохранение человеческих клеток, тканей, органов и эмбрионов — активная область медицины, у которой есть жёсткие ограничения. Ледяные кристаллы разрушают клетки, и с этим борются с переменным успехом. Биологические секреты коловраток могут дать принципиально новые подходы к решению этой задачи. Правда, сохранить живым целое сложное млекопитающее — человека или, скажем, крупное животное — пока абсолютно невозможно, и до этого ещё очень далеко.

Есть и другое измерение — космическое. Если живые организмы способны пережить десятки тысяч лет в состоянии анабиоза, это меняет разговор о дальних космических перелётах. Идея о том, что экипаж или грузы могут быть переведены в состояние глубокой заторможенности на время межзвёздного путешествия, из чистой фантастики переходит в разряд задач, которые хотя бы теоретически имеют биологическую основу.

Другие организмы, воскрешённые из вечного льда

Бделлоидные коловратки — не первые существа, поднятые живыми из арктической мерзлоты. Та же команда из Лаборатории криологии почв в Пущино ранее оживила нематод — круглых червей возрастом от 32 000 до 42 000 лет, найденных в том же регионе Сибири. Это менее сложные организмы, чем коловратки, но сам факт выживания был не менее впечатляющим.

Организм	Возраст	Источник
Бделлоидная коловратка	~24 000 лет	Вечная мерзлота, Сибирь
Нематоды (круглые черви)	32 000–42 000 лет	Вечная мерзлота, Сибирь
Смолёвка	~32 000 лет	Семенная ткань в мерзлоте
Антарктический мох	Более 1 000 лет	Подо льдом около 400 лет

Растение — смолёвка — было воссоздано из семенной ткани, сохранившейся в 32-тысячелетней мерзлоте. Антарктический мох успешно вырастили из образца, пролежавшего подо льдом около 400 лет, хотя сам мох был старше тысячи лет. Помимо этого, из мерзлоты периодически извлекают различные микробы, древние бактерии и вирусы.

Предупреждение: что происходит, когда мерзлота тает

Здесь история перестаёт быть только торжеством науки. Если в вечной мерзлоте в состоянии анабиоза сохраняются жизнеспособные коловратки и нематоды, там же могут находиться и другие организмы — в том числе те, чьё пробуждение нежелательно.




Таяние ледников и вечной мерзлоты из-за изменения климата — это не абстрактная угроза. В 2016 году на Ямале погибли олени и попал в больницу ребёнок после вспышки сибирской язвы: бактерии проснулись в оттаявших трупах животных, умерших от этой болезни десятилетия назад. В мерзлоте зафиксированы фрагменты вирусов гриппа испанки 1918 года, оспы и других патогенов, которые современные иммунные системы могут не распознать.

Это не значит, что нужно ждать апокалипсиса. Но открытие живых коловраток после 24 тысяч лет заморозки — хорошее напоминание о том, что мерзлота хранит не только геологические и климатические данные прошлого, но и биологически активный материал. И часть этого материала с каждым годом всё ближе к поверхности.