Czym jest kryptobioza?
Kryptobioza (z gr. kryptos – ukryty, bios – życie, zwana również anabiozą) to stan, w którym organizmy niemal całkowicie wstrzymują swoje funkcje życiowe, stając się – z fizjologicznego punktu widzenia – praktycznie martwe. Organizm w kryptobiozie nie oddycha, nie trawi, nie rozmnaża się, a jego metabolizm spada do niewykrywalnego poziomu. Stan ten, będący odpowiedzią na niesprzyjające czynniki środowiskowe, może trwać nawet kilkadziesiąt lat!
Co zaskakujące, jest jednak odwracalny. Gdy warunki ulegną poprawie, organizm znajdujący się w kryptobiozie może „ożyć” i wrócić do normalnego funkcjonowania. Stan życia utajonego nie jest więc snem czy hibernacją – to zupełnie unikatowy mechanizm przetrwania.
Kryptobioza a inne formy przetrwania
Choć kryptobioza jest ekstremalnym sposobem na przeczekanie niekorzystnych warunków środowiska, w świecie przyrody znane są inne mechanizmy przetrwania, do których zalicza się:
hibernację (np. u niedźwiedzi),
diapauzę (niektóre owady),
zarodnikowanie (bakterie, grzyby),
estywację (ślimaki, ryby pustynne).
Każdy z tych stanów charakteryzuje się spowolnieniem metabolizmu, różny jest natomiast jego zakres oraz mechanizmy za niego odpowiedzialne.
Przeczytaj również:
Badanie wysokościowe – na czym polega, jak się do niego przygotować?
Niesporczaki – mistrzowie przetrwania
Zdolność wchodzenia w stan kryptobiozy ewolucyjnie wykształciło kilka gatunków (podobnie robią wrotki czy nicienie), jednak jego prawdziwymi mistrzami są niesporczaki (łac. Tardigrada). Te mikroskopijne zwierzęta dzięki kryptobiozie są w stanie przetrwać w warunkach, które zabiłyby większość znanych form życia: od wrzącej wody, przez skrajny chłód i suszę, po wysokie dawki promieniowania i próżnię kosmiczną.
Wejście w stan życia utajonego indukowane jest przez niekorzystne warunki środowiskowe: brak wody (najczęściej, taka forma kryptobiozy nazywana jest anhydrobiozą), wysokie temperatury lub niskie temperatury, wysokie natężenie promieniowania.
Pod wpływem stresu niesporczak kurczy się, traci praktycznie całą wodę i podwija odnóża, przybierając baryłkowaty kształt (ang. tun), chroniący przed uszkodzeniami.
Przetrwanie w takiej formie, niekiedy przez bardzo długi czas, niesporczaki zawdzięczają białkom i cukrom, a w szczególności:
białkom szoku cieplnego, które zapobiegają uszkodzeniom innych białek w wyniku stresu termicznego,
białkom TDP (ang. Tardigrade Disordered Proteins), które tworzą warstwę ochronną wokół struktur komórkowych, chroniąc je przed zapadnięciem i degradacją; białka te są unikatowe dla niesporczaków,
trehalozie – cukrowi, który stabilizuje błony komórkowe i białka.
Ostatnio coraz więcej mówi się o roli mikroflory jelitowej – okazuje się, że może mieć kluczowe znaczenie nie tylko dla zdrowia człowieka, ale również funkcjonowania niesporczaków. Wykazano bowiem, że niektóre bakterie mogą pomagać w przejściu w stan kryptobiozy.
W stanie kryptobiozy metabolizm zwalnia niemal do zera. Nie zachodzą: oddychanie, podział komórkowy ani synteza białek. Natomiast gdy warunki zewnętrzne ulegną poprawie, niesporczak zaczyna wchłaniać wodę – powraca elastyczność błon i struktur komórkowych, stopniowo aktywują się procesy metaboliczne.
Przeczytaj również:
Lęk wysokości – czym jest, jakie są objawy, jak się pozbyć?
Niesporczaki w kosmosie
Niesporczaki nie poleciały ze Sławoszem Uznańskim-Wiśniewskim w kosmos, jednak odgrywają ważną rolę w odbywanej właśnie misji Ax-4. Polski astronauta wziął bowiem ze sobą genetycznie zmodyfikowane przez naukowców z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu drożdże, którym „dodano” gen niesporczaków odpowiedzialny za produkcję białka AOX. To właśnie dzięki niemu niesporczaki cechują się niewyobrażalną odpornością na ekstremalne warunki środowiskowe.
Na czym będzie polegało zadanie Uznańskiego-Wiśniewskiego? Na wystawieniu drożdży na działanie mikrograwitacji. Eksperyment ten ma dać odpowiedź, czy tak zmodyfikowane organizmy z „pożyczonym” genem innego gatunku mogą pełnić rolę biofabryk na Marsie, Księżycu czy podczas podróży kosmicznych.
Nadmieńmy, że to nie pierwsza wyprawa kosmiczna niesporczaków. W 2007 r. były „członkami” misji FOTON-M3, podczas której wystawiano je na promieniowanie kosmiczne, próżnię i mikrograwitację. Okazało się, że galaktyczna podróż nie wywarła na nich spektakularnego wrażenia. Po powrocie na Ziemię po 10 dniach „ożyły” po rehydratacji. Nie stwierdzono znaczących uszkodzeń w ich DNA ani też zakłóceń w zdolności do rozmnażania się.
Po raz drugi na orbitę wyniosła je misja STS-134. Podczas tego eksperymentu porównywano gatunki znajdujące się w kosmosie z analogicznymi próbkami pozostałymi na ziemi (Paramacrobiotus richtersi, Ramazzottius oberhaeuseri). Potwierdzono, że mikrograwitacja nie wpłynęła znacząco na przeżywalność niesporczaków, nie zmieniła się również aktywność enzymów antyoksydacyjnych – oba parametry były zbliżone do tych obserwowanych u przedstawicieli, którzy pozostali na naszej planecie. Potwierdza to, że ekstremalne warunki panujące w kosmosie nie wyrządzają krzywdy organizmom w kryptobiozie.
Co może nam dać kryptobioza?
Badania nad kryptobiozą mają ogromne znaczenie nie tylko dla astrobiologii i eksploracji kosmosu. W przyszłości mogą przyczynić się do przełomowych osiągnięć w wielu dziedzinach, m.in. w:
medycynie (możliwość dłuższego przechowywania organów do przeszczepu, magazynowanie szczepionek czy komórek macierzystych),
biologii ewolucyjnej (zabezpieczanie materiału genetycznego gatunków zagrożonych wyginięciem),
biotechnologii (tworzenie biomateriałów odpornych na ekstremalne warunki).
Badania nad kryptobiozą zmuszają do ponownego zadania sobie pytania: czym jest życie? Czy organizm niewykazujący oznak metabolizmu, ale mogący niemal natychmiastowo go reaktywować, nawet po wielu latach, spełnia jego definicję? Zagadnienie to być może bliższe jest filozofii niż biologii czy medycynie, niemniej stawia pod znakiem zapytania definitywne twierdzenie, że życie istnieje wyłącznie na Ziemi. Być może gdzieś we wszechświecie „żyją” organizmy np. w stanie krytobiozy.
