Wygrywają w cuglach rankingi najdziwaczniejszych żyjących dziś zwierząt na Ziemi [1]. Oderwane od peletonu, zostawiają za sobą nawet ośmiornice .

Jest ich na świecie tylko ok. 1300 gatunków, czyli lekko licząc tysiąc razy mniej, niż np. samych opisanych owadów. Co najmniej co dziesiąty gatunek niesporczaka występuje na terenie naszego kraju, co samo w sobie świadczy o tym, że niespecjalnie są wybredne i dość powszechne. Nie zainteresowałyby nigdy szerszej, nienaukowej publiczności, gdyby nie ich przedziwne zdolności życiowe.

Czy lepiej powiedzieć – przetrwalne. Owe zaś osiągają wartości dosłownie i przenośnie kosmiczne. Pomysł, by wysłać je w kosmos, nie jest zatem wcale taki nieziemski. Gdy bowiem na przykład jakaś kometa z gatunku „zabójca planet” walnie w Ziemię, mają szansę to przetrwać jako grupa i dać nowy początek. Dlatego naukowcy robią na nich (wybranych gatunkach modelowych, jak Ramazzottius varieornatus) doświadczenia, których robienie z innymi żywymi organizmami nie miałoby żadnego sensu. Bo żeby niesporczaki skutecznie zabić bez specjalistycznego sprzętu, trzeba by je chyba spalić żywym płomieniem.

Przeżyją tam, gdzie nas zabije. I 100 lat bez wody, może więcej

Dzieje się tak, gdyż mogą wejść w stan kryptobiozy, czyli tzw. życia ukrytego, w spowolnionych niemal do zera procesach metabolicznych. Zaczyna się on z nastaniem niekorzystnych dla życia niesporczaków warunków i ustaje natychmiast po tym, jak miną. W dodatku mogą zacząć żyć kryptobiotycznie zarówno w stadium jaja, jak i osobnika dorosłego. Cóż to za ekstremalnie niekorzystne warunki, najlepiej obrazują nazwy owych stanów życia kompletnie utajonego, zasadniczo wyłączonego: anhydrobioza, kryobioza, anoksybioza, osmobioza etc. Znaczy przeżyją wysychanie, drastyczne wyziębienie, warunki beztlenowe i o bardzo niekorzystnym stężeniu soli w roztworze (totalnie za wysokim lub za niskim dla normalnych organizmów) oraz wiele innych.

Z encyklopedyczną ścisłością należy odnotować, jak w Wikipedii, że w stanie anabiozy – krańcowego obniżenia aktywności życiowej, mogą przetrwać w temperaturach od prawie zera absolutnego (około minus 273 ^°C) do ponad 150^°C. Znoszą 1000 razy silniejsze promieniowanie jonizujące niż jakiekolwiek inne zwierzę, a także ciśnienie 6000 atmosfer, kilkukrotnie wyższe niż w najgłębszej części oceanu, i niskie ciśnienie w próżni. Potrafią również przetrwać ponad 100 lat bez wody (dłużej nie mierzono, więc rekord ów jest do pobicia).

Ustalono także ich górną granicę przetrwania podczas wystrzelenia zamrożonych próbek niesporczaków z lekkiego pistoletu gazowego w piasek. Są w stanie wszystkie (sic!) przeżyć prędkość uderzenia 2621 kilometrów na godzinę, zaś 60 procent przetrwało walnięcie w glebę z prędkością 2970 km/h – były zamrożone i osobnikom, które przeżyły, wyjście ze stanu kryobiozy i ponowne rozpoczęcie ruchu zajęło… do 36 godzin.

Nic dziwnego, że dają radę w przestrzeni kosmicznej, niektóre przeżyły nawet ekspozycję na kosmiczne promieniowanie. Ich ostatnia podróż w kosmos odbyła się 3 czerwca 2021 roku o naszej godz. 19:29 (czasu wschodniego 13:29), gdy to SpaceX wystrzelił 5000 niesporczaków na Międzynarodową Stację Kosmiczną. W końcu niesporczaki, jak porosty, są tzw. gatunkami pionierskimi. Zasiedlają nowe środowiska, dopiero rozwijające się, „wschodzące”. Ich pojawienie się przyciąga inne bezkręgowce, a także drapieżniki do zasiedlenia wspólnej przestrzeni.

To nie są jednak żadne „prymitywne” stworzenia, które można wsadzić do worka z bakteriami zdolnymi przeżyć wszystko, nawet radiację. W systematyce zwierząt stanowią osobny typ, co stawia je na równi owej drabiny bytów np. ze wszystkimi bez wyjątku strunowcami razem wziętymi (tak od lancetnika po człowieka) czy stawonogami (w jednym worku wrzucone skorupiaki, owady, pajęczaki i wije z przyległościami, jak skrytoszczękie, staroraki, kikutnice i wymarłe trylobity).

„Z twarzy podobne zupełnie do nikogo” – jak by to ujął węglarz Stanisław Paluch z „Misia” Stanisława Barei. Ich głowa jest zresztą tak słabo wyodrębniona, że twarzy nie można się tam dopatrzeć. Widać za to ich cztery pary odnóży, zakończonych pazurkami lub przylgami. Choć są maleńkie – mają od 0,01 do 1,2 milimetra – niesporczaki to solidne zwierzęta. Mają przewód pokarmowy, narządy wydalnicze i gonady (mogą być jedno bądź obupłciowe, w niektórych gatunkach stwierdza się także brak samców, ergo – dzieworództwo). Mają też układ nerwowy, zbudowany podobnie jak u wszystkich zwierząt o segmentowanej budowie ciała (od dżdżownicy po nas samych).

Są przezroczyste, a jeśli ich ciało przyjmuje jakąś barwę, to od koloru jedzenia, które spożywają. A żywią się płynami komórek roślinnych, zwierzęcych i bakterii. Same zaś są ofiarami ameb, nicieni i innych niesporczaków. Niektóre gatunki są całkowicie mięsożerne! [2].

Wodny niedźwiadek z potwornych czasów prekambru

W powiększeniu mikroskopu chyba najbardziej przypominają żelki-misie, stąd zwane bywają niedźwiadkami wodnymi. Podobną pierwszą nazwę – kleiner Wasserbär, co w języku niemieckim oznacza „mały niedźwiedź wodny” – nadał im w 1773 roku niemiecki zoolog, pastor Johann August Ephraim Goeze, gdy jako pierwszy te zwierzęta opisał. Ale nie chodziło mu o żelki, tylko o sposób, w jaki poruszają się te zwierzątka, przypominający chód niedźwiedzia. Nazwa łacińska, Tardigrada, też odnosi się do chodu: oznacza „wolno kroczący” czy „wolnochodzący”, a została nadana w 1777 r. przez włoskiego przyrodnika i księdza Lazzaro Spallanzani, który z kolei jako pierwszy niesporczaki opisał naukowo. Bywają też nazywane prosiaczkami mchowymi, bo te dość pospolite zwierzęta łatwo można znaleźć w warstwie wody na porostach i mchach.

Ze wspomnianymi wyżej stawonogami (oraz sześcioma innymi typami) należą do grupy „wylinkowców”, co oznacza, że raz na jakiś czas muszą zrzucić kutikulę pokrywającą ich maleńkie ciałka. Sugeruje to także pokrewieństwo owych wszystkich zwierząt i bardzo odległą historię ewolucyjną – dzisiejsze niesporczaki pochodzą z większych nieco (kilkucentymetrowych) kambryjskich stworzeń. Czyli należą do tych najstarszych bezkręgowców, jakie ziemia nadal nosi.

Dokładne zatopione w bursztynie okazy, należące do żyjących dziś rodzajów, mamy z bursztynów kredowych (90 mln lat!). Potrafią zaś się dziś zadomowić we wszelkich środowiskach: od lodowców po pustynie, od dziewiczego lasu równikowego po trawnik pod blokiem. Jako grupa dają radę absolutnie wszędzie – oczywiście konkretne gatunki mają rozmaite preferencje występowania. Gatunki powszechniej zapełniające laboratoria, jak Hypsibius exemplaris mają czas od jaja do jaja (czas generacji) wynoszący około dwóch tygodni, w dodatku mogą być hodowane w nieskończoność, kriokonserwowane i w każdej chwili zamrożone w minus 80 ^°C i utrzymywane w tym stanie… może w nieskończoność?

Prekambr to istotnie były bardzo ciężkie czasy i niewiele stworzeń, które wówczas zaczęły swój marsz do sukcesu ewolucyjnego trwa w swych bezpośrednich potomkach aż do teraz. Życie zaś jako takie nie lubi ekstremalnych warunków z prostego względu: jest – w największym uproszczeniu – konglomeratem wody i białek oraz kwasów nukleinowych, a owe związki po prostu przestają działać, gdy walnąć w nie promieniowaniem jonizującym, wysoką temperaturą czy wysokim stężeniem soli.

Eksperymentów z promieniowaniem nie polecam, ale jak się zachowuje surowe jajko na patelni (ok. 230^°C), w gorącej wodzie (80-100< sup>°C) czy wrzucone do solanki albo stężonego kwasu każdy może sobie zobaczyć we własnej kuchni. To się nazywa nieodwracalna denaturacja, czyli utrata aktywności biologicznej. Z kolei promieniowanie zdolne jest wprowadzać do organizmów mnóstwo mutacji, zatem wielokomórkowcy kończą z rakiem albo dysfunkcjami rozwojowymi. Niskie zaś temperatury (nawet sporo wyższe od zera absolutnego) zamrażają wodę. A ta ma taką właściwość, że zamarzając zwiększa swoją objętość (normalnie ciała stałe mają mniejszą objętość niż ciecz, z której się zestaliły w wyniku obniżenia temperatury). Zatem komórka będąca jakby workiem wypełnionym wodą, zamarzając – pęka.

Oczywiście wiele organizmów – zwłaszcza bakterii, które są tu jakieś 3,8 mld lat i miały naprawdę ciężkie dzieciństwo – wypracowało różne triki na drodze przypadkowej zmienności genetycznej i działającego kierunkowo doboru naturalnego, by dawać sobie radę w takich środowiskach. Przyznać jednak trzeba, że i one zasadniczo śpią niesporczakom w nogach. Zaś skoro życie to białka, a białka kodowane są w genach, oczywistą oczywistością jest, że modelowy ekstremalny niesporczakowy zawodnik do wysyłania w kosmos, Ramazzottius varieornatus, ma genom zsekwencjonowany od 2015 roku, a projektu podjęli się Japończycy.

Kolejne projekty sekwencjonowania genomów innych gatunków wskazywały, że jest to grupa genetycznie dość różnorodna (jak na solidny typ przystało). Począwszy od wielkości. Genomy te mają od około 75 do 800 milionów par zasad DNA (człowiek ma 3,1 tys. milionów, czyli ponad 3 miliardy w pojedynczym komplecie chromosomów).

Stres ich nie dotyka. Rentgen nie uszkodzi. No to w kosmos!

Co do Ramazzottius varieornatus, japońscy genetycy znaleźli dowody na utratę szlaków genetycznych reakcji na stres, sprzyjających uszkodzeniom DNA. Badanie wykazało również wysoką ekspresję nowych, unikatowych dla niesporczaków białek, w tym supresora uszkodzeń (nazwanego Dsup). Chroni on przed uszkodzeniem DNA przez promieniowanie rentgenowskie. Ten sam zespół badawczy zastosował białko Dsup do ludzkich hodowanych komórek i odkrył, że tłumi ono uszkodzenia komórek człowieka spowodowane promieniowaniem rentgenowskim o około 40 procent. Podczas gdy dokładny mechanizm ochrony DNA jest w dużej mierze nieznany, wyniki badania z sierpnia 2020 r. sugerują, że silne przyciąganie elektrostatyczne wraz z wysoką elastycznością białka Dsup pomagają tworzyć agregaty molekularne, które pozwalają mu chronić DNA.

Co więcej – żeby było całkiem ciekawie – u niesporczaków wykryto występujące z dużą częstością zjawisko znane jako powszechne w świecie bakterii, a w innych światach rzadkie. Mianowicie: horyzontalny transfer genów. U Ramazzottius varieornatus to jedynie – czy raczej aż 1,2 proc. genomu (u niektórych innych gatunków szacowano te wartości na 1/6 wszystkich sekwencji DNA). Wśród zwierząt do takiej szeroko zakrojonej zabawy w wymiany genetycznego materiału między osobnikami niespokrewnionymi są zdolne, według obecnej wiedzy biologów, jedynie wrotki z klasy Bdelloidea.

Wszystkie te Bdelloidea są jednak samicami i wtórnie, ewolucyjnie straciły rozmnażanie płciowe jako takie już miliony lat temu. Bez horyzontalnej wymiany genów nie poradziłyby więc sobie z akumulacją mutacji. Co jeszcze ciekawsze, istnieją dowody sugerujące, że pozwoliło im to wyewoluować nowe białka, które dawały im szansę lepszego przetrwania w okresach odwodnienia. Wrotki z tej grupy są niezwykle odporne na uszkodzenia spowodowane promieniowaniem jonizującym, dzięki tym samym adaptacjom chroniącym DNA, które są wykorzystywane do przetrwania w stanie anabiozy, co obejmuje niezwykle skuteczny mechanizm naprawy pęknięć dwuniciowych w DNA.

Z takim wyposażeniem wewnętrznym niesporczaki są znacznie lepszymi kandydatami do podróży międzygwiezdnych, niż zwierzęcy weterani przebywania na stacji kosmicznej – nicienie Caenorhabditis elegans, mające na swym koncie już 6 Nagród Nobla. Mają olbrzymią szansę podbić przestworza, bo z tym jest taki problem, że aby dotrzeć na najbliższą do Słońca gwiazdę Proxima Centauri w około 20 lat, trzeba się poruszać z prędkością tylko kilka razy mniejszą, niż prędkość światła (jakieś 160 milionów kilometrów na godzinę). A to się nigdy wcześniej nie udało dla makroskopowych obiektów – masa ciąży. Międzygwiezdna misja ludzka nie ma szans w dającej się przewidzieć przyszłości.

Co innego jednak maleńka sonda z pokładowym oprzyrządowaniem zbierającym i przesyłającym dane z powrotem na Ziemię, dosłownie „popychana” przez światło układu laserowego (tzw. propulsje energii), znajdującego się na naszym globie lub być może na Księżycu. Jak możemy przeczytać w artykule opublikowanym niedawno na łamach „Acta Astronautica” przez grupę z University of California w Santa Barbara, prowadzącą stosowne badania pod kierunkiem Philipa Lubina, taki „pojazd” prawdopodobnie wyglądałby jak płytka półprzewodnikowa z krawędzią chroniącą go przed promieniowaniem i bombardowaniem pyłem podczas przechodzenia przez ośrodek międzygwiazdowy. Taki chip wielkości dłoni. Oczywiście tu rozwój technologii polegałby paradoksalnie na maksymalizacji rozmiaru tego „statku”, a nie jego miniaturyzacji, jak to bywało zwykle z chipami, gdy miały nam służyć do ziemskich metod obliczeniowych.

Skoro poruszając się z prędkościami, które fizycy określają jako relatywistyczne, te chipy w wyniku rozwoju owej technologii mogłyby osiągnąć masę kilku gramów, to…. można w nich umieścić zwierzęta. Zwłaszcza takie, które ważą niemal nic, mierzą jeszcze mniej, a w warunkach bez tlenu, kosmicznej ciemności, zimnie i promieniowaniu po prostu wejdą w stan zatrzymania wszelkich swoich funkcji życiowych i dadzą się wysłać gdziekolwiek. O ileż lepsze są od nicienia – jeśli poznamy je równie dokładnie, jak dziś znamy jego. Co będzie z nimi dalej, kosmiczny chip przekaże na Ziemię za pomocą komunikacji fotonicznej. Stworzenie tej misji, to zadanie na pokolenie, ale już się zaczęło, a projekt nazywa się Starlight [3].

Rozbiegną się, by skolonizować dziewiczą planetę

Do dziś niedźwiadki wodne zostały wysłane w Kosmos już parę razy. W maju 2011 roku przez włoskich naukowców na pokład Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w ramach ostatniego lotu promu kosmicznego Endeavour. Mikrograwitacja i promieniowanie kosmiczne – jak oceniono – „nie wpłynęły znacząco na przeżywalność niesporczaków, okazały się zatem użytecznym zwierzęciem do badań kosmicznych”. W listopadzie 2011 roku znalazły się wśród organizmów, które miały zostać wysłane przez Amerykańskie Towarzystwo Planetarne na Fobosa w rosyjskiej misji Fobos-Grunt, sam ten projekt jednak dosłownie spalił na panewce. Pod koniec zaś maja ubiegłego roku Elon Musk za pomocą swojego statku kosmicznego SPACEX dostarczył do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej dla NASA 128 świecących w ciemności małych kałamarnic i 5000 niesporczaków, aby stały się obiektami badawczymi astronautów.

W tym czasie na Ziemi naukowcy z Singapuru i Oxfordu, a także dr. hab. Tomasz Paterek, fizyk z Uniwersytetu Gdańskiego, wystawili niesporczaki na najzimniejsze temperatury i najwyższe ciśnienia, jakie kiedykolwiek przetrwały te „prosiaczki”, by sprawdzić, czy zamarznięty totalnie niesporczak może zostać włączony w dwa splątane kwantowo obwody elektryczne, a później przywrócony do normalnego stanu aktywnego. Wyniki, przedstawione w artykule opublikowanym przed recenzją w bazie danych preprintów arXiv [4] sugerują, że naukowcy mogą dodać „tymczasowe splątanie kwantowe” do rosnącej listy rekordów życiowych Tardigrada.

Artykuł co prawda nie spotkał się z ciepłym przyjęciem fizyków. Jeśli jednak odkrycia ostatecznie wytrzymają recenzję, to ten eksperyment będzie reprezentował pierwszy przypadek splątania kwantowego żywego zwierzęcia. Dotąd owo dziwaczne zjawisko było obserwowane u najmniejszych cząstek subatomowych. Najprościej rzecz ujmując polega ono na tym, że cząstki mogą pozostawać ze sobą ściśle powiązane, nawet gdy dzieli je znaczna odległość. W świecie kwantowym bowiem cząstki zachowują się inaczej niż otaczające nas obiekty w świecie makroskopowym, które możemy zobaczyć i dotknąć. Czy coś jeszcze może nas zdziwić w świecie niesporczaków?

Nazwa łacińska tych stworzeń, oznaczająca „wolno kroczący”, nawiązywała do ich sposobu poruszania się, czy raczej przesądów, które mieliśmy na jego temat. Ale najnowsze badania pokazują, że nawet to potrafią lepiej, niż się wydawało na pierwszy rzut oka i wcale nie są takie niezdarne. Wykazują wręcz świetną koordynację ruchową. Ich osiem nóg wydaje się nieproporcjonalnie maleńkimi względem wielkości ciała, a jednak na wielu podłożach się rozbiegną, gdziekolwiek ich pojazd wyląduje – nawet jeśli z hukiem zaryje w grunt i urwie się z nim kontakt. Taki na razie mamy pomysł na wysłanie życia w kosmos, obarczony najmniejszym ryzykiem niepowodzenia.

W 2019 roku na izraelskiej sondzie Bereszit niesporczaki zostały umieszczone w stanie całkowicie odwodnionym, obok flagi Izraela, Biblii po hebrajsku, rysunków małych dzieci i kapsuły czasu, która zawierała wielką bazę danych z milionami zarchiwizowanych dokumentów z Ziemi, m.in. różne słowniki i encyklopedie z całego świata, a wreszcie różnych instrumentów pomiarowych. Sonda rozbiła się na Srebrnym Globie. Niewykluczone, że niesporczaki już by tam łaziły, gdyby przeżyły zderzenie i gdyby nie kompletny brak tlenu w atmosferze księżyca… Jednak pamiętajmy, że w ich wypadku, stan kryptobiozy może trwać zasadniczo wiecznie. Aż do ustania nieżyciowych warunków. Wtedy, jak gdyby nigdy nic, wrócą do życia i się rozbiegną. By zapoczątkować kolonizację dziewiczego terytorium. Być może kiedyś na Księżycu będzie wreszcie choć odrobinka tlenowej atmosfery i kropla wody. Im tyle wystarczy.

– Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Przypisy:

[1]. https://a-z-animals.com/blog/the-10-weirdest-animals-that-actually-exist/
[2]. https://serc.carleton.edu/microbelife/topics/tardigrade/index.html [3] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576521005518?via%
[4]. https://arxiv.org/pdf/2112.07978.pdf

Źródła:

https://www.livescience.com/tardigrade-quantum-entangled-experiment
https://phys.org/news/2022-01-tardigrades-stars.html