Το καλοκαίρι είναι πλέον εδώ για τα καλά. Υψηλές θερμοκρασίες, ήλιος, παγωτά, θάλασσα, αλλά και πλάσματα, τα οποία προσφέρουν τρομακτικές -θα μπορούσε να πει κανείς- εμπειρίες. Πρόκειται για τις αγαπητές σε όλους κατσαρίδες, οι οποίες είναι ιδιαίτερα ανθεκτικές και μπορούν να επιβιώσουν σε πολύ ακραίες συνθήκες. Ίσως για αυτό συχνά λέγεται ότι θα μπορούσαν να επιβιώσουν ακόμα και μετά από μια πιθανή εξαφάνιση του ανθρώπινου είδους, μία βιβλική καταστροφή ή έναν πυρηνικό χειμώνα. Κάτι τέτοιο μπορεί να είναι αλήθεια ή όχι· το μόνο σίγουρο, όμως, είναι ότι δεν θα είναι μόνες. Μαζί τους, και λογικά και για πολύ περισσότερο καιρό μετά από αυτές, θα είναι τα tardigrades, ένας από τους αρχαιότερους οργανισμούς που περιπλανώνται ακόμα στη Γη.
“Μικροσκοπική” αντοχή
Τα tardigrades (στα ελληνικά βραδύπορα), ή αλλιώς αρκουδάκια του νερού, παραδόξως δεν απαντώνται μόνο στο νερό, αλλά σχεδόν παντού πάνω στη Γη (και όχι μόνο, όπως θα δούμε και στη συνέχεια). Πρόκειται για μικροσκοπικά ασπόνδυλα πλάσματα με οχτώ πόδια, που κατοικούν στη Γη εδώ και περίπου 600 εκατομμύρια χρόνια, δηλαδή ήδη 400 εκατομμύρια χρόνια πριν από τους δεινόσαυρους. Μελετήθηκαν για πρώτη φορά το 1773 από τον γερμανό J.A.E. Goeze, ο οποίος και τις κατονόμασε ως “kleiner Wasserbär”, δηλαδή μικρές αρκούδες του νερού. Αυτή τη στιγμή υπάρχουν περίπου 1300 είδη βραδύπορων, με το μέγεθός τους να μεταβάλλεται ανάλογα με το είδος, χωρίς όμως να ξεπερνά συνήθως τα δύο χιλιοστά σε μήκος.
Το εξωτερικό του σώματός τους καλύπτεται από μία σχετικά εύκαμπτη αλλά σκληρή επιδερμίδα, η οποία μπορεί να είναι λεία ή να καλύπτεται από πλάκες ή αγκάθια, θυμίζοντας τον εξωσκελετό που έχουν πολλά έντομα, με τα οποία έχουν συγγένεια, όπως οι ακρίδες και τα αλογάκια της Παναγίας. Θεωρούνται υδρόβια πλάσματα καθώς χρειάζονται ένα λεπτό στρώμα νερού γύρω τους, προκειμένου να μην αφυδατωθούν. Παρόλα αυτά μπορούν να επιβιώσουν σε διάφορα περιβάλλοντα: στην ξηρά, στα βάθη της θάλασσας, στα βρύα του γλυκού νερού και τις λειχήνες. Παρά το μικρό τους μέγεθος, το σώμα τους χωρίζεται σε πέντε τμήματα και η γενικότερη φυσιολογία και εσωτερική δομή τους είναι αρκετά πολύπλοκη. Το πρώτο τμήμα αποτελεί το κεφάλι, ενώ κάθε άλλο τμήμα είναι εξοπλισμένο με δύο πόδια, τα οποία καταλήγουν συνήθως σε νύχια, που τους επιτρέπουν να γαντζώνονται πάνω σε διάφορες επιφάνειες. Έχουν ένα ιδιαίτερα ανεπτυγμένο νευρικό σύστημα, με τον εγκέφαλό τους να έχει τη μορφή δακτυλίων γύρω από το στόμα τους, ενώ έχουν και γάγγλια και διάφορα αισθητήρια όργανα, όπως μάτια και χημειοϋποδοχείς. Το πεπτικό τους σύστημα είναι κατάλληλα προσαρμοσμένο στη δίαιτά τους, η οποία, ανάλογα με το είδος, μπορεί να περιλαμβάνει φύκη, βακτήρια, μύκητες ή άλλα μικρά ασπόνδυλα. Παρόλα αυτά δεν έχουν διακριτό κυκλοφορικό και αναπνευστικό σύστημα.
Τα tardigrades ανήκουν σε μία ξεχωριστή κατηγορία οργανισμών, τα ακραιόφιλα (extremophiles), καθώς μπορούν να επιβιώσουν σε ακραίες συνθήκες που άλλοι οργανισμοί δεν μπορούν. Για παράδειγμα, μπορούν να αντέξουν έως και τριάντα χρόνια χωρίς καθόλου φαγητό ή νερό. Είναι επίσης ιδιαίτερα ανθεκτικά στις ακραίες τιμές θερμοκρασίας, καθώς μπορούν να επιβιώσουν από τους -272°C (έναν βαθμό πάνω από το απόλυτο μηδέν) έως τους 150°C, αλλά και σε συνθήκες τεράστιας πίεσης (έως και 100 MPa), εξαπλάσιας από αυτή που μπορούμε να συναντήσουμε στα βάθη των ωκεανών. Αυτό συμβαίνει γιατί τα tardigrades έχουν αναπτύξει ιδιαίτερους μηχανισμούς άμυνας και επιδιόρθωσης, ενώ έχουν την ικανότητα να μπαίνουν, σε αυτό που ονομάζεται, κρυπτοβιοτική κατάσταση (cryptobiosis). Υπάρχουν διάφορες κατηγορίες κρυπτοβίωσης, όπως είναι η κρυοβίωση (cryobiosis) που αφορά την αντίδραση απέναντι σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, η ανοξυβίωση (anoxybiosis) που αφορά την αντίδραση σε συνθήκες έλλειψης οξυγόνου, η οσμοβίωση (osmobiosis), δηλαδή η αντίδραση στην ύπαρξη υψηλών επιπέδων αλατότητας, και, τέλος, η ανυδροβίωση (anhydrobiosis) που αφορά τον τρόπο επιβίωσης σε συνθήκες έλλειψης νερού.
Η ανυδροβίωση είναι και ο πιο γνωστός μηχανισμός άμυνας που έχουν τα βραδύπορα, και κατά τη διάρκεια αυτής της κατάστασης, το σώμα τους περνάει από μία σειρά ανατομικών και μεταβολικών αλλαγών. Το σώμα τους συρρικνώνεται και σχηματίζει πολλές πτυχές. Αυτό βοηθάει πρακτικά στη μείωση της επιφάνειάς τους, στη μείωση της διαπνοής (δηλαδή της αποβολής νερού υπό τη μορφή υδρατμών), και συνεπώς στη μειωμένη απώλεια νερού λόγω εξάτμισης, εμποδίζοντας την καταστροφή των οργάνων τους. Όταν πλέον όλο το νερό του σώματός τους έχει εξατμιστεί, τη θέση του παίρνουν διάφορες άλλες ουσίες, με κυριότερη την τρεαλόζη, η οποία δρα προστατευτικά για το γενετικό τους υλικό και τις πρωτεΐνες. Σε αυτή τη φάση, ο μεταβολικός ρυθμός μειώνεται σε πολύ χαμηλά επίπεδα, ενώ όταν οι συνθήκες γίνουν και πάλι ευνοϊκές, τα βραδύπορα επανέρχονται στην αρχική τους κατάσταση. Αυτό τελικά προσφέρει στα tardigrades ανθεκτικότητα όχι μόνο στην έλλειψη νερού, αλλά και σε άλλους παράγοντες όπως η υψηλή θερμοκρασία, η ακτινοβολία ή η παρουσία διαφόρων χημικών ουσιών, όπως για παράδειγμα το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το διοξείδιο του άνθρακα, το υδρόθειο και η αιθανόλη.
Επίσκεψη στο διάστημα
Το αφιλόξενο περιβάλλον του διαστήματος, με τις ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας, την έλλειψη βαρύτητας, και τα υψηλά επίπεδα κοσμικής ακτινοβολίας είναι και θα είναι μία πρόκληση για την ανθρώπινη διαστημική εξερεύνηση. Έτσι, τα tardigrades, λόγω της εξαιρετικής αντοχής στις χαμηλές θερμοκρασίες και τα υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας, μπορούν να αποτελέσουν οργανισμούς - πρότυπο σε πληθώρα μελετών που σχετίζονται με την επιβίωση στο διάστημα. Η άποψη αυτή διατυπώθηκε για πρώτη φορά το 1964, ενώ από τότε πλήθος δημοσιεύσεων βρέθηκαν να υποστηρίζουν την ίδια άποψη.
Έτσι, το 2007 λαμβάνει χώρα το πείραμα TARSE (Tardigrade Resistance to Space Effects), το πρώτο διαστημικό εγχείρημα που χρησιμοποιεί βραδύπορα. Το TARSE ήταν μέρος της ρωσικής αποστολής FOTON-M3 και είχε ως στόχο την ανάλυση της επίδρασης του διαστημικού περιβάλλοντος στο γενετικό υλικό των tardigrades. Η επόμενη αποστολή, που θυμίζει κάτι από Doctor Who και λέγεται TARDIS (Tardigrada In Space), έστειλε τα βραδύπορα στο κενό του ανοικτού διαστήματος. Όμως, η συνδυαστική έκθεση στην ιονίζουσα ηλιακή και γαλαξιακή κοσμική ακτινοβολία καθώς και στην υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία μείωσαν σημαντικά τα ποσοστά επιβίωσής τους.
Από τότε, τα πλάσματα αυτά έχουν χρησιμοποιηθεί και σε άλλες διαστημικές αποστολές. Μάλιστα, η χάρη των tardigrades, έχει φτάσει μέχρι και τη Σελήνη. Η πρώτη ιδιωτικά χρηματοδοτούμενη αποστολή στη Σελήνη το 2019 πραγματοποιήθηκε από το Ισραήλ με το διαστημικό σκάφος Beresheet. Στόχος της αποστολής αυτής ήταν η συλλογή δειγμάτων και φωτογραφιών, η πραγματοποίηση κάποιων πειραμάτων καθώς και η δημιουργία μίας “σεληνιακής βιβλιοθήκης”. Για το λόγο αυτό, το Beresheet ήταν φορτωμένο με 25 στρώματα νικελίου πάχους μόλις μερικών μικρόμετρων γεμάτα με εικόνες υψηλής ανάλυσης και βιβλία, καθώς και με βιολογικό υλικό, όπως ανθρώπινο γενετικό υλικό, απολιθωμένα έντομα συντηρημένα σε ρετσίνι και μερικές χιλιάδες αφυδατωμένα tardigrades.
Περίπου εφτά εβδομάδες μετά την εκτόξευσή του με έναν πύραυλο SpaceX Falcon 9, το Beresheet μπήκε τελικά σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη. Λόγω όμως μιας βλάβης στην κεντρική του μηχανή, δεν ήταν εφικτή η ομαλή προσελήνωσή του, με αποτέλεσμα να συντριβεί τελικά πάνω στην επιφάνεια της Σελήνης τον Απρίλιο του 2019. Τι συνέβη όμως με τα βραδύπορα, τα οποία ξεχύθηκαν στο σεληνιακό τοπίο; Το πιο πιθανό είναι ότι δεν επιβίωσαν την πρόσκρουση, παρά την αντοχή τους σε πολύ υψηλή πίεση. Πειράματα στην επιφάνεια της Γης αποδεικνύουν ότι τα tardigrades μπορούν να αντέξουν ταχύτητες πρόσκρουσης έως και εννιακόσια μέτρα το δευτερόλεπτο και πιέσεις που μπορεί να φτάνουν το 1.1 GPa, δηλαδή 1 δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερες από την πίεση που αισθανόμαστε στην επιφάνεια της Γης. Φαίνεται, λοιπόν, πως αν και η πρόσκρουση δεν έγινε με ταχύτητα μεγαλύτερη από μερικές εκατοντάδες μέτρα το δευτερόλεπτο, η πίεση που αναπτύχθηκε ήταν κατά πολύ μεγαλύτερη από το κατώφλι των 1.1 GPa, κάτι το οποίο οδήγησε μάλλον αναπόφευκτα στην “πολτοποίηση” των tardigrades.
Σήμερα, τα όρια αντοχής των βραδύπορων είναι σε μεγάλο βαθμό γνωστά. Αυτό όμως που δεν είναι ακόμα πλήρως κατανοητό είναι οι μηχανισμοί δράσης, προστασίας και επιδιόρθωσης του σώματός τους παρουσία δυσμενών συνθηκών. Η επαρκής κατανόηση των μηχανισμών αυτών και η γνώση των υπεύθυνων γονιδίων, καθώς και η επέκταση της μελέτης αυτής στα σπονδυλωτά ενδέχεται να παίξει σημαντικό ρόλο στις μελλοντικές αστροβιολογικές μελέτες. Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα είναι επίσης και η προοπτική μελέτης της πιθανής επιβίωσης των tardigrades σε προσομοιωμένα περιβάλλοντα άλλων ουράνιων σωμάτων, όπως είναι για παράδειγμα ο Άρης ή άλλοι πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος, ανοίγοντας έτσι το δρόμο για τον καθορισμό των ορίων επιβίωσης των γήινων πολυκύτταρων οργανισμών σε άλλα περιβάλλοντα.
*Η Αναστασία Τεζάρη είναι Φυσικός, Διδάκτωρ Ιατρικής Φυσικής ΕΚΠΑ
Πηγές
Weronika, E., Łukasz, K. Tardigrades in Space Research - Past and Future. Orig Life Evol Biosph 47, 545–553 (2017). https://doi.org/10.1007/s11084-016-9522-1
Møbjerg, N., Cardoso Neves, R. New insights into survival strategies of tardigrades. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology 254 (2021). https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2020.110890
https://www.wired.com/story/a-crashed-israeli-lunar-lander-spilled-tardigrades-on-the-moon/
