Исследователи из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино) и Института молекулярной биологии и генетики Общества Макса Планка (Дрезден) совместно с коллегами из других научных учреждений России, Швейцарии, Германии, Ирландии и Великобритании секвенировали геном почвенной нематоды, обнаруженной в вечной мерзлоте в Восточной Сибири. Точное радиоуглеродное датирование указывает, что Panagrolaimus kolymaensis, новый для науки вид почвенной нематоды, оставался в криптобиозе около 46 000 лет.
«Организмы из разных таксономических групп могут выживать в экстремальных условиях окружающей среды, таких как полное отсутствие воды или кислорода, высокая температура, замерзание или экстремальная соленость, — пишут авторы исследования. — Стратегии выживания таких организмов включают состояние, известное как анабиоз или криптобиоз, в котором они снижают метаболизм до неопределяемого уровня». Впечатляющие примеры длительного криптобиоза включают споры бактерий рода Bacillus, которые сохранились в брюшках пчел, захороненных в янтаре в течение 25–40 миллионов лет, и семена лотоса возрастом от 1000 до 1500 лет, найденные в древнем озере, которые впоследствии смогли прорасти. Также известно, что длительные периоды времени способны проводить в криптобиозе тихоходки, коловратки и нематоды. Самые продолжительные случаи криптобиоза у нематод зарегистрированы для антарктических видов Plectus murrayi (25 с половиной лет во мхе, замороженном при температуре минус 20 градусов по Цельсию) и Tylenchus polyhypnus (39 лет, высушены в гербарном образце).
Авторы нового исследования возродили двух почвенных нематод, которые сохранялись в вечной мерзлоте Сибири около 46 000 лет. Образцы были добыты на обнажении Дуванный Яр на реке Колыма. Генетические данные позволили установить, что одна из них относится к роду Panagrolaimus и представляет собой новый вид. Путем сравнительного анализа ученые обнаружили, что новый вид, названный Panagrolaimus kolymaensis, и популярная в лабораторных исследованиях нематода Caenorhabditis elegans используют сходные адаптивные механизмы для выживания в суровых условиях окружающей среды в течение длительных периодов времени.
У Caenorhabditis elegans имеются так называемые дауэровские личинки — альтернативная стадия развития, которая наступает при неблагоприятных условиях окружающей среды. Дауэровской личинкой могут стать личинки первой и второй стадий из четырех обычных для Caenorhabditis elegans этапов развития. Дауэровские личинки обычно остаются неподвижными, но могут реагировать на прикосновение или вибрации. Они могут стоять на хвосте, размахивая телом в воздухе, и прикрепляться к любым проходящим животным, особенно к насекомым, что позволяет им путешествовать к новым источникам пищи. Дауэровские личинки могут прожить до четырех месяцев, что намного дольше, чем средняя продолжительность жизни обычных Caenorhabditis elegans, составляющая около трех недель. В лабораторном эксперименте дауэровские личинки Caenorhabditis elegans выживали в течение 480 дней при температуре минус 80 градусов по Цельсию без какого-либо снижения жизнеспособности после оттаивания. В подходящих условиях личинка выходит из дауэровской стадии, превращаясь в обычную личинку четвертого возраста, а затем во взрослую нематоду.
«К нашему удивлению, большинство генов, необходимых для вхождения в криптобиоз у дауэровских личинок Caenorhabditis elegans, также присутствовали у Panagrolaimus kolymaensis, — сообщают ученые. — Мы оценили способность Panagrolaimus kolymaensis к выживанию и обнаружили, что легкое обезвоживание перед замораживанием помогло червям подготовиться к криптобиозу и повысить выживаемость при минус 80 градусах Цельсия. На биохимическом уровне оба вида при умеренном обезвоживании в лаборатории производили сахар, называемый трегалозой, что, возможно, позволяло им выдерживать замораживание и интенсивное обезвоживание».
Результаты были опубликованы в электронном научном журнале PLoS Genetics.