Изучив две окаменелости тихоходок, запечатанные в янтаре, исследователи предположили, что их способность к криптобиозу появилась еще в карбоне (между 359 и 299 миллионами лет назад), задолго до пермского «Великого вымирания» — самого смертоносного в истории Земли. Эта способность позволила им пережить массовое вымирание и выработать уникальные стратегии выживания, сохранившиеся вплоть до современных таксонов.
Тихоходки — это пухлые восьминогие микроскопические членистоногие, относящиеся к семейству амфибий. Они наиболее известны своей невероятной способностью выживать в экстремальных условиях — от морского дна до космического вакуума, включая Антарктиду и высокорадиоактивные среды. Это происходит в основном благодаря их способности впадать в криптобиоз — состояние биостаза, позволяющее приостановить метаболизм до возвращения более благоприятных условий.
Например, в условиях недостатка воды тихоходки впадают в криптобиотическое состояние, называемое «ангидробиозом». Они изгоняют всю воду из своего тела и полностью приостанавливают метаболизм до тех пор, пока не будут восстановлены. Большинство ангидробиотических организмов защищают свои клетки от повреждений, вызванных высыханием, путем накопления восстанавливающих сахаров. Однако тихоходки выделяют особые белки, которые защищают как их клетки, так и ДНК. Эти белки изучаются на предмет потенциального применения в биостазисе человека.
Предполагается, что их самые ранние предки появились в кембрийском периоде, около 539 миллионов лет назад, а современные тихоходки (более 1100 различных видов) разошлись между 155 и 66 миллионами лет назад. Однако, несмотря на их повсеместное присутствие в биосфере, мы до сих пор не знаем, когда впервые появилась эта исключительная стратегия выживания.
Окаменелости тихоходок встречаются крайне редко, что значительно ограничивает изучение их эволюции. В общей сложности на сегодняшний день зарегистрировано всего 4 ископаемых тихоходки, все они сохранились в янтаре. Только две из них были правильно идентифицированы из-за технических ограничений.
Используя передовую технику визуализации, исследовательская группа из Гарвардского университета наблюдала за двумя ископаемыми экземплярами с беспрецедентным разрешением. «Мы используем новые данные о морфологии и родстве этих окаменелостей, чтобы пролить свет на хронологию происхождения тихоходки, основанную на новых оценках молекулярных часов, которые включают полную выборку разнообразия доживших до наших дней тихоходок«, — объясняют они в новом исследовании, подробно описанном в журнале Communications Biology.
Способность, появившаяся в карбоне, до пермского «великого вымирания»
Исследовательская группа изучила две особи, заключенные в янтарный камешек, датируемый 72-83 миллионами лет назад, когда динозавры еще существовали. Хотя янтарь уже несколько десятилетий хранится в Гарвардском музее, до сих пор он был мало изучен из-за своей непрозрачности, размера окаменелостей и ограничений в методах визуализации.
Образец голотипа, полученный с помощью различных методов визуализации
Чтобы решить эту проблему, команда использовала конфокальную флуоресцентную микроскопию — метод визуализации, обеспечивающий повышенное оптическое разрешение. Внешняя морфология окаменелостей была детально изучена путем реконструкции составных изображений высокого разрешения.
Проанализировав изображения, исследователи смогли выявить ранее не известные детали на когтях двух экземпляров. Когти являются важнейшей таксономической характеристикой тихоходок. Это позволило определить, что одна из окаменелостей представляет собой новый таксон Aerobius dactylus, а другая — Beorn leggi, впервые описанный в 1963 году. Классификация последнего также была пересмотрена, включив оба вида в одно надсемейство Hypsibiidae.
Пересмотрев родословные двух образцов, исследователи смогли вычислить время расхождения их родословных, что позволило им оценить дату появления криптобиоза. Согласно проведенному анализу, эта способность появилась между 430 и 175 миллионами лет назад у первого таксона и между 382 и 175 миллионами лет назад у второго.
Филогенетические отношения Beorn leggi и Aerobius dactylus. A. Филогенетический результат подхода, основанного на совокупности признаков, с использованием 36 морфологических признаков и 1774 п.н. последовательностей 18S рРНК. B. Художественная реконструкция двух ископаемых образцов, выполненная Францем Антони.
Полученные результаты позволяют предположить, что криптобиоз появился у тихоходок в карбоне, то есть до Великого пермского вымирания, которое произошло около 252 миллионов лет назад. Это было самое смертоносное массовое вымирание в истории Земли, уничтожившее 96 % и 70 % морской и наземной жизни соответственно. Эксперты пришли к выводу, что криптобиоз, вероятно, позволил тихоходкам пережить это массовое вымирание и дожить до наших дней.
Однако необходимо изучить больше окаменелостей, чтобы действительно подтвердить появление этой удивительной способности к адаптации у тихоходок. «Я надеюсь, что, поделившись этим результатом, мы побудим других узнать о существовании ископаемых тихоходок и о том, что их еще предстоит обнаружить«, — заключает ведущий автор исследования Марк А. Мапало в статье, опубликованной в журнале Scientific American.
