Виживуть лише тихоходи (і українці). Як науковець з Харкова вивчає істот із суперсилами
Євген КіосяНиточки, які ведуть
Суперкрихітка, навіть як для тихоходів, яких не побачиш неозброєним оком, з тілом кольору від жовтого до помаранчевого і малесенькими червоними очима. Одним словом диво Маврикія і новий для науки вид тардиградів — Echiniscus insularis, який харківський науковець Євген Кіося описав у 2021 році. Якщо відкрити англомовну статтю про цих безхребетних у Wikipedia, то одразу ж побачите в якості ілюстрації світлину тої острівної знахідки з роботи науковця та його польських колег. На фото красуня-самиця.
Тихоход Echiniscus insularis з Марвикія.Історія цього відкриття про те, які іноді незбагненні шляхи науки. Жили собі тихоходи в моху на стовбурі дерева десь у західній частині Індійського океану на острові Маврикій на висоті 580 метрів над рівнем моря. Аж поки туди не приїхали українці і не прихопили з собою куртину, яка згодом потрапила до рук Євгена через колежанку. Заглянувши під мікроскоп, науковець знайшов там багато дрібних панцирних тихоходів. В результаті маємо плюс два нових види до тих близько 1500, які вже відомі. Євген Кіося єдиний в Україні, хто досліджує цих істот, схожих на клишоногих ведмедиків у мініатюрі. Їх, до речі, так і називають — водяні ведмеді (ще “мохові свині”, але то вже на любителя).
Вперше згадку про тихоходів Євген побачив, як не дивно, у дитячій книжці “Неймовірні пригоди Карика і Валі” Яна Ларрі. Брат і сестра зменшуються до мікроскопічних розмірів і подорожують у світі рослин і комах разом з професором, який одного дня знаходить оболонку тихохода з яйцями всередині та використовує її як мішок для речей.
Перше зображення тихохода.— Тихоходи деяких видів і справді линяють і в свою стару шкіру скидають яйця, щоб захистити їх від хижаків, — пояснює Євген.
То був зовсім маленький фрагмент в книзі. Згодом він прочитав невелику замітку про водяних ведмедів у дитячій енциклопедії. Ну і потім почав ними цікавитися вже під час навчання в Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна, який, до речі, як виявилось, не такий вже і далекий від цих створінь.
Старий покрив тихохода з яйцями.По-перше, той самий Ян Ларрі, який написав дитячу науково-популярну книжку в 1930-ті роки, певний час був пов'язаний з Харковом і університетом, куди поступив на біологічний факультет. Що більше, саме там у 1930-ті роки працювала Марія Павлівна Божко, яка починала досліджувати тихоходів, хоча й мусила закинути тему і переключитись на попелиць. Бо треба було вирішувати проблеми народного господарства, а не займатися невідомо чим.
Тож ниточка досліджень обірвалась. Багато років потому її підхопив Євген Кіося. Фактично, просто почав з нуля. Хоча його і підтримували старші колеги, він дуже швидко опинився в ситуації, коли в усій країні немає кого спитати про тихоходів. Тому не лишалось іншого виходу, як читати іноземну періодику і спілкуватися з дослідниками за кордоном. Нині на рахунку українського фахівця із систематики та філогенетики тардиград з десяток описаних видів.
Секрет виживання
Мох, лишайник, ділянка вологого ґрунту або піску десь у прісноводній водоймі або в морі чи океані, опале листя, головне, щоб була хоча б плівка води — весь світ тихохода, який зазвичай завбільшки з пів міліметра, легко вміщається туди.
Євген КіосяНа відміну від більшості мікроскопічних істот, які плавають, як приміром, інфузорія, що гребе війками, тардигради ходять. Щоби переміщатися, наземні види мусять чіплятися за щось кігтиками на своїх вісьмох лапах. У представників морських видів на маленьких пальчиках можуть бути присоски. А ось плавати вони не вміють попри те, що водні істоти.
— Якщо ми їх перекидаємо з їхнього природного середовища, наприклад, у краплину води і дивимося під мікроскопом, то бачимо, як вони починають перебирати ногами, — розповідає Євген.— Може скластися враження, що вони завжди так роблять. Але насправді, тихоходи просто борсаються, як людина, яку кинули у воду, і яка тоне.
Долати великі відстані вони можуть, якщо їх підхопить течією, змиє дощем чи перенесе вітром. Або ж до цього докладеться, приміром, мураха, яка вирішила колонізувати домівку оси, що мешкає на дубовому листі в галах — наростах, схожих на маленькі яблучка чи горішки. Вона тягне туди шматочок моху чи лишайника, який ймовірно використовує як будівельний матеріал, щоб зменшити отвір у захопленій оселі, а в тих шматочках — тихоходи.
А от на своїх вісьмох водяні ведмеді далеко не зайдуть, хоча насправді достеменно ми про це не знаємо, зізнається Євген.
ТихоходНатомість, знаємо, скажімо, те, що вони добре витримують умови космічного вакууму. Хоча, здавалося б, де тихоходи, а де космос. Проте у 2007 році під час місії FOTON-M3 дослідники запустили тардиград на низьку навколоземну орбіту, де вони перебували протягом десяти днів. Таким чином вони стали першими відомими багатоклітинними тваринами, які вижили у відкритому космосі.
Власне, прославилися вони саме завдяки своїй незламності, якщо говорити термінами, близькими будь-якому українцю. Якими тільки надекстремальними умовами їх не перевіряли — низькими і високими температурами, ультрафіолетовим випромінюванням, токсичним середовищем, небезпечними речовинами. Навіть поміщали в нейлонові кулі і стріляли ними з гармати в мішки з піском, які мали імітувати місячну поверхню. Уявіть, тварин запускали зі швидкістю від 550 до 1000 метрів за секунду, щоб зрозуміти, чи виживуть вони при зіткненні, типовому для тих, які відбуваються в Сонячній системі. Так за допомогою тихоходів перевіряли гіпотезу панспермії, тобто можливість перенесення живих організмів через космічний простір і відповідно версію космічного походження життя на Землі. Космічні тіла врізаються надто швидко для виживання тардиград, хоча вірогідність цього залишається, до такого висновку дійшли вчені.
На такі вбивчі досліди науковців “надихнула” історія з ізраїльським космічним зондом “Beresheet” з тихоходами на борту, який зазнав аварії і замість м’якої посадки, яку мав здійснити на Місяць, врізався в нього. Питання, яке всіх хвилювало: чи вижили тихоходи в тій катастрофі. Не життя, а суцільний краш-тест.
Яйце тихохода роду роду МасrobiotiusБудемо чесні, подивитися на світ очима тихоходів, які до речі, розрізняють тільки світло і тіні, буде непросто. Але все одно сповнюєшся до них співчуттям і симпатією, як істота, яка теж ніби потрапила в поганий експеримент.
Тим не менше внаслідок усіх цих дослідів, науковці дізналися, що водяні ведмеді здатні витримати температури близькі до позначки абсолютного нуля, тривале перебування в рідкому азоті, велетенські дози радіаційного випромінювання або великий тиск. Так вони і заслужили репутацію істот із суперсилами.
У часи турбулентності, коли навколишнє середовище стає нестерпним, тихоходи захищаються криптобіозом, який і допомагає їм пережити різні негаразди. В цьому стані вони фактично висихають, втрачаючи до 99% води, водночас обмін речовин майже повністю зупиняється, що робить їх більш невразливими. Тихоходів, які перетворились на сплячих красунь, легко розпізнати: вони стискаються, втягують у себе ноги і стають подібними до барильця, як людина, яка згортається в захисну позу ембріона. Хоча й в активному стані тихоходи здатні на різноманітні подвиги. Скажімо, можуть пройти через шлунково-кишковий тракт наземного черевоногого молюска і вижити.
Барильце - тихоход у стані спокою.— Загалом тихоходам потрібні досить конкретні умови для активного життя. У них має бути не надто тепло, не надто холодно, досить волого, — каже Євген. — Приміром, наземні форми живуть у плівках води. А що таке плівка? Вона дуже така ефемерна. Сонечко пригріло і її вже нема. Це може статися не те що впродовж зміни сезонів, а впродовж однієї доби. І тихоходи спробують вижити і пережити цей несприятливий момент, припинивши активну життєдіяльність. Фактично вони вимикаються. Зима нібито холодна, але от на стовбурі дерева мох, на нього впав промінь, локально вода розтанула, потеплішала, і тихоходи знову можуть повернутися до активного життя. Тобто їхнє середовище існування підштовхує до того, щоб вміти робити такі речі.
Є умови для активного життя, вони собі живуть. Немає — умовно кажучи, сплять.
Щось схоже одного дня сталося і з самим Євгеном.
“Те, що зараз відбувається в Харкові, та й в інших українських містах, нагадує гру “Морський бій”, тільки прямокутнички на полі — то не кораблі, а житлові будинки. Учора влучили в місце, де працює мій батько, сьогодні — в дім моєї знайомої. У мій будинок ракета поки що не прилетіла, але гупає вже близенько”, — написав він на п’ятий день повномасштабного вторгнення у фейсбуці.
Воно захопило науковця в розпалі реалізації спільних проєктів з польськими вченими по вивченню тихоходів, викладацької роботи в університеті і по сумісництву в зоопарку.
Євген КіосяКоли умови середовища існування різко змінилися на несприятливі Євген не обрав стратегію шукати спокійнішого місця. Точніше шукав його для двох своїх студенток, з якими працював, і які жили в університетському гуртожитку поблизу від військового навчального закладу. Коли вони були вже в безпеці, науковець пішов шляхом свого об’єкту досліджень — завмер у перечікуванні. А свої дослідження поставив на паузу.
— Вони самі по собі вже були доволі тривалими і це не перша перерва в них. Я подумав, ну, скільки це все може тривати? Навряд чи дуже довго. Тобто я вирішив, що плюс-мінус пів року-рік, нічого не змінять.
Він планував потроху продовжувати роботу зі студентками, які виїхали в Польщу. Мав матеріали, по яким можна було писати статті. Та й все.
Цей стан уповільнення тривав весь час, поки російські війська стояли на значній частині Харківщини і навколо Харкова.
Жива вода
Загалом дослідження суперздібностей тихоходів почалися з розмов про можливість самозародження життя. Свого часу відповідь на це питання не була очевидною. Достатньо згадати класичний приклад про мишей. Голландський натураліст і лікар Ян Баптист Ван Гельмонт вважав, що якщо у відкриту посудину покласти брудну сорочку і трохи пшениці, то приблизно через 21 день там самозародяться ці дрібні гризуни.
У тих дискусіях одну з ключових ролей відігравав італійський дослідник природи Ладзаро Спалланцані. Він мав широке коло інтересів, що дозволяла наука тих часів, — вивчав травлення сови, ехолокацію кажанів, фізику стрибання камінців по воді. А потрапив у підручники завдяки експериментам, які доводили неможливість самозародження життя. У двотомнику робіт “Дослідження з фізики тварин і рослин абата Спалланцані” з його спостереженнями є і про тихоходів. Власне, саме він дав цю назву, натякаючи на їхню повільність.
З колекції тихоходо-мерчу Євгена КіосіТакож Спалланцані звернув увагу і на дивну здатність водяних ведмедів оживати після висихання, якщо їх змочити у воді. Причому між тим моментом, як вони засохнуть, і тим, як оживуть, може пройти багато часу.
Тож, як довго вони здатні залишатися в ролі сплячої красуні і не вмерти в процесі? З приводу цього було чимало дебатів. Донедавна панувала думка, що у стані криптобіозу тихоходи можуть витримати і сто років. Ноги у цього твердження ростуть з одного-єдиного дослідження. У музеї взяли якусь коробку з мохом, яка лежала там дуже давно, розмочили мох і побачили там тихоходів. Один з них начебто поворухнув ногою, розповідає Євген Кіося.
Насправді, судячи з усього, витримують вони набагато менше — можливо, декілька років. В принципі, для природних умов це більш ніж достатньо, бо якщо вже за цей час ситуація не змінилась на краще, то може й не треба прокидатися, каже Євген.
Тихоход і людська волосина.Виключення з цього є глибока заморозка. В природі такі умови бувають у вічній мерзлоті, а в штучних достатньо морозилки чи судини Дюара, і зневоднений тихоход спокійно переживе там десятиліття.
— Справа в тому, що у стані криптобіозу він стійкий. Але ж це просто дуже-дуже маленький шматочок органіки. І коли він довго перебуває уві сні, то руйнується за рахунок суто хімічних процесів, приміром, окислення. А якщо його заморозити, то вони сильно уповільнюються і потенційно тихоход може зберігатися майже вічно.
До того ж тардигради вміють лікувати себе — відремонтувати свою ДНК після довгих періодів простою, якщо вона була пошкоджена через несприятливі фактори навколо. Наприклад, вважається, що їхня стійкість до радіації, — це якраз побічний ефект таких репараційних механізмів, каже Євген Кіося. Тим часом, як наш максимум самовідновлення — відростити пів фаланги пальця.
— З масштабною регенерацією у нас не склалося і нам здається, що це недолік. Але в еволюції діє принцип: щось за щось. Я завжди наводжу цей приклад відвідувачам зоопарку. Чому в нас тільки один раз виростають нові зуби, а в крокодила вони постійно міняються? Бо завдяки тому, що наші зуби, підлаштовані один до одного, ми вміємо жувати. І так просто міняти їх не вийде, а якщо щось не так, то доведеться йти до стоматолога. Крокодилу до стоматолога не треба, проте він і не вміє жувати. Тому не може відкусити шматок, його доводиться буквально виривати, а це неабияк ускладнює життя. Якщо загалом говорити про здатність до регенерації, то чим вона більша, тим насправді вищі потенційні ризики, що щось піде не так під час ремонту. Тому в нас вона і обмежена.
Пора прокидатися
Вже восени 2022-го, коли завершився харківський контрнаступ, Євген почав замислюватися над тим, що настав час активізуватися. А в 2023-му остаточно зрозумів, що можна не тільки перечікувати, а й починати новий етап життя. Бо ілюзії щодо тривалості війни зникли і треба було щось робити в тих обставинах, що склалися.
Євген Кіося— Зважуючи реальну обстановку в місті і якісь перспективи я розумів, що в принципі в мене не та ситуація, щоб кидати все і кудись тікати. Пам'ятаю, коли я виступав онлайн на Міжнародному симпозіумі по тихоходах, то розповідав, що в Харкові щодня обстріли. Ну і дійсно вони були щодня по багато разів. Минулого року повітряні тривоги могли тривати кілька днів. Але зрештою за чотири роки ми більш-менш звикли до цього. Тим паче в Харкові досі залишається багато всього, що функціонує нормально. Продовжує працювати університет, звісно з багатьма застереженнями, але все ж. Працюють наші комунальні підприємства, починаючи від тих, які прибирають сніг, ремонтують комунікації, які постійно страждають через обстріли, і закінчуючи зоопарком. Фактично, поки якісь умови для того, щоб я міг робити щось корисне тут, зберігатимуться, покидати Харків я не буду.
Власне за весь цей час Євген тільки один раз ненадовго переїхав зі свого району в інший, коли здавалося, що в його частині міста почастішали обстріли.
Не те, що б середовище стало сприятливішим. Війна сильно вплинула на всі сфери життя і наукову зокрема.
Звісно, я це також відчув на собі. Іншого, мабуть, складно було чекати.
Євген працював в університеті, де основною роботою, є викладацька, а наукова – приємний бонус. На неї окремо ніхто ставку не дасть, яку б науку не робив дослідник.
— А Харків у цьому контексті дуже постраждав, тому що у нас, наприклад, різко майже перекрився потік іноземних студентів. Напередодні повномасштабного вторгнення їх було декілька тисяч, які приносили університету гроші і забезпечували викладачам ставки, — каже Євген.
З місцевими студентами історія відома. З одного боку, проти грає демографія і з кожним наступним роком їх меншає. З іншого боку, значна частина студентів виїхали з міста в безпечніші місця. Це автоматично призвело до скорочення кількості викладачів. На Євгенові це також відобразилося.
Науково-популярна лекція у харківській підземній школі.Якщо раніше в Харківському зоопарку він працював за сумісництвом, то з минулого року саме там його основна робота. Цілий пласт його життя зараз пов'язаний з дітьми і підземними школами, де він з командою проводить науково-популярні лекції і куди привозить пересувний міні-музей з тваринами-амбасадорами, як приміром, паличники, кролики чи морські свинки. Натомість в університеті навантаження або невелике, або його взагалі немає.
— А коли ти працюєш в якомусь іншому місці, то здебільшого займаєшся чимось іншим. І це не поодинока історія. Що трапилося зі мною і з великою кількістю інших науковців? Ми були змушені скоротити наукову роботу, бо комусь довелось піти викладати в школу, хтось взагалі пішов зі спеціальності. Хтось поїхав і працює в іноземній науці, але вже не в нашій, і не факт, що займається своїм напрямком, а не суміжним.
Так чи інакше, але тихоходів Євген не залишив. Його план — нарешті захистити дисертацію. Схоже, час для цього настав.
А тихоходи б ще спали.
— Ну в них у цьому плані простіша стратегія. Я зрештою обрав складнішу.
Звичайне життя
Поки багатьох цікавлять саме суперздібності водяних ведмедів, і це те, через що світ здебільшого і вивчає цих істот, у Євгена інтерес викликають зовсім інші аспекти. Приміром, що означає їхня різноманітність? У різних видів тихоходів може відрізнятися форма кігтів, за цим щось стоїть або просто так склалося? Або чому одні тихоходи простого коричнуватого кольору, а інші смугасті, жовті, червоні або навіть зелені? Ну і хотілося б більше знати про їхнє звичайне життя, а не супергеройське. Але саме на такі, здавалося б, дуже прості питання найменше відповідей.
Лекція про тихоходів.— Чим далі якась істота стоїть від людини, тим приблизніше уявлення про її життя ми маємо, — каже Євген. — Навіть про життя комах довгий час мало що було відомо. Приміром, їхню поведінку вивчали менше, ніж просто будову. Бо одна справа, коли комаха в колекції на булавці. Ми знаємо, які в неї крильця, ніжки, що в неї і як влаштовано. А поза тим все складніше.
Колись для Євгена одним з поворотних моментів стала книжка “Життя комах” Жана Анрі Фабра, яку він прочитав у молодших класах. Вона настільки вразила хлопця, що він не міг втриматися від розповідей однокласникам про те, як полює риюча оса, як знаходить жертву, паралізує її і тягне до себе в нору.
— Зазвичай люди просто не замислюються про таких дрібних істот. Це ж не лев і не собака. Що може бути цікавого у комах, у них же вся поведінка побудована на інстинктах, це якісь мікромашини. А Фабр якось так описував їхнє буття, ніби розповідав про когось з великих тварин. Він відкрив вікна в цей світ і свого часу дуже змотивував мене звертати увагу на такі речі.
З тихоходами схожа історія. До того ж за ними не поспостерігаєш на своїй ділянці в природному середовищі, як це робив Фабр, вивчаючи поведінку комах. Надто вони малі. І те, що ми зараз знаємо про них, переважно відомо зі спостережень за тардиградами, яких помістили в чашу Петрі або в культуральну колбу.
Так науковці дізналися, що без перерв на сон тардигради живуть від кількох місяців і до року. Або скільки разів вони линяють, тобто скидають свою оболонку — кутикулу, або як їдять. Приміром, у одних видів ротова трубка надзвичайно вузенька і туди може потрапити хіба що якась бактерія чи рідкий вміст клітин. А є тихоходи, в яких вона дуже широка. І найбільші види (десь в межах міліметра), можуть їсти мікроскопічних круглих червів, які завдовжки з самого тихохода або й більші.
Хижий тихохід роду Milnesium їсть круглого черва.— Дуже цікаво спостерігати, як тихоход затягує його всередину як макаронину. Власне вони можуть або когось проковтнути цілком або випити рідкий вміст. Щелеп у тихоходів немає, лише дві голки у роті, якими вони проколюють їжу або трошки ріжуть, — розповідає Євген. — Але разом з тим в чашці Петрі вони їдять те, що ми їм даємо. Як леви у зоопарку. І хоча навіть зоопарки зараз поступово еволюціонують в той бік, щоби вольєри були наближені до природних умов, але так чи інакше це обмежений набір стимулів і обмежене середовище порівняно з тим, що може бути в природі. І це той бар’єр, який поки що перестрибнути важко.
З іншого боку, подібні дослідження точно програють конкуренцію. Сучасна наука — це ж не наука часів Спалланцані, який міг собі дозволити займатися тим, що йому цікаво, сміється Євген. Сьогодні це розкіш для дослідника. Бо з одного боку, науку вже на роблять наодинці, а з іншого, під це необхідні гроші, які не дають просто так. І набагато легше переконати когось дати фінансування, якщо прив’язати проєкт до якогось практичного застосування, хай і притягнутого за вуха. У випадку з тихоходами це можуть бути космічні дослідження, питання зберігання вакцин або навіть модифікації людських клітин. Це те, що можна продати.
— Тим часом, традиційні галузі зоології, ботаніки занепадають. Така загальносвітова тенденція. Водночас я б не сказав, що людство витрачає аж такі великі ресурси на наукові дослідження. Просто людям, які в цьому не дуже розбираються, легко зобразити це як якесь дивне використання коштів: “Дивіться, куди йдуть гроші платників податків. Що з того тихохода візьмеш — м'яса з нього нема, молока нема, користі нема, як і шкоди, малярію він не переносить. Кому вони потрібні”. А якщо це буде таке дослідження, що через післязавтра ми отримаємо суперсолдата, який витримуватиме радіацію і літатиме в космос без скафандру, тоді інша справа.
Євген КіосяЯкщо вже говорити про суперздібності, то їх направду мають не тільки тихоходи, які завдяки своїй харизматичній зовнішності та схожості на велику тварину з кігтями, стали такими популярними. Така само здатність вимикатися і витримувати катаклізми є ще в цілого ряду організмів, зокрема й тих, які живуть поряд з тардиградами в мікросвіті.
— У тій самій куртині моху мешкають коловертки, нематоди і всі вони мають приблизно однаковий спектр надможливостей. Виходить, що є не тільки окремий організм, який може робити такий фокус, а ціла мікроекосистема, — каже Євген Кіося.
Але це не означає, що вона повністю невразлива і тим паче безсмертна. Приміром, тихоходи не люблять забрудненого повітря. Вони виявилися чутливими до змін клімату і високих температур, особливо коли перебувають в активному стані. Година при температурі трохи вище 37° може бути для них смертельною. У зневодненій формі тихоходи здатні витримувати значно вищі показники, але обмежений час.
— Люблю розповідати цю історію. Колись набула популярності ідея вбудувати в смартфон ємність з тихоходами, щоб у людини завжди було щось живе з собою. Але виявилось, що вони погано переносять нагрівання телефону, — каже Євген. — Тож твердження, що вони витримують абсолютно все, дещо перебільшені. Для тихоходів все-таки періодично мають наступати хороші умови. Тобто так, вони можуть витримати погані, але все одно рано чи пізно їм треба виходити з цього стану, рано чи пізно має настати добре.
Незламність незламністю, але ж хочеться і просто пожити.