Želvuška se nezničí, jen „vypne“
Želvušky, známé také jako tardigrady nebo vodní medvídci, měří většinou méně než půl milimetru. Žijí v mechu, půdě, sladké vodě i moři a jejich tělo tvoří čtyři páry končetin zakončených drápky. Navzdory drobným rozměrům se staly symbolem biologické odolnosti. Důvodem je schopnost přejít do takzvaného tunového stadia, v němž se jejich metabolismus téměř zastaví.
Při nedostatku vody želvuška stáhne tělo do kompaktního útvaru zvaného tun. Ztratí většinu tělesné vody, omezí látkovou výměnu a výrazně zpomalí všechny buněčné procesy. Nejde o běžný spánek ani o skutečnou smrt. Organismus se po návratu vody může během hodin až dnů znovu aktivovat, pokud poškození nepřekročilo jeho opravné možnosti.
V tomto stavu některé druhy přežívají teploty blížící se absolutní nule i krátkodobé zahřátí výrazně nad 100 stupňů Celsia. Rozhodující je délka působení a konkrétní druh. Výsledky laboratorních pokusů proto nelze vykládat tak, že každá želvuška bez omezení přežije jakýkoli mráz nebo var. Odolnost se týká především vysušeného tunového stadia a závisí na rychlosti změny podmínek.
Vakuum, kosmický let a dávky radiace
Výzkum želvušek se dostal i mimo laboratoře. V roce 2007 byly jejich vzorky vystaveny během mise evropského satelitu Foton-M3 podmínkám nízkého tlaku a kosmickému záření. Část zvířat přežila přímé působení vesmírného vakua a po návratu na Zemi se rozmnožila. Ultrafialové záření ze Slunce však bylo pro většinu vzorků mnohem ničivější než samotné vakuum.
Podobný výsledek přinesl také experiment z roku 2019, kdy byly želvušky dopraveny na nízkou oběžnou dráhu v rámci izraelského lunárního projektu Beresheet. Přistávací modul havaroval na Měsíci a není jisté, zda konkrétní jedinci dopad přežili. Vědci zároveň upozorňují, že přežití vysušených organismů při vesmírném letu neznamená, že mohou aktivně žít ve vakuu. Bez vody, tlaku a vhodné teploty se jejich metabolismus neobnoví.
Mimořádná odolnost se týká také ionizujícího záření. Některé želvušky v tunovém stavu snášejí dávky v řádu tisíců grayů, zatímco dávka přibližně 5 grayů může člověka bez léčby usmrtit. Jednotka gray vyjadřuje množství energie ionizujícího záření pohlcené tkání. Želvušky chrání několik mechanismů: omezená přítomnost vody snižuje vznik reaktivních částic a některé jejich bílkoviny pomáhají stabilizovat DNA.
Výzkumníci popsali například protein označovaný jako Dsup, který se váže k DNA a může snižovat poškození způsobené rentgenovým zářením. Neznamená to ale, že by z želvušek šlo jednoduše vytvořit „superodolné“ lidské buňky. Ochrana funguje v určitém biologickém kontextu a její účinnost se stále zkoumá.
Vířníci a hlístice překvapili věkem i délkou přežití
Dalšími drobnými rekordmany jsou vířníci. Tito mikroskopičtí živočichové žijí ve vodě a ve vlhkém prostředí. Při vyschnutí mohou přejít do stavu anhydrobiózy, při němž rovněž téměř zastaví metabolismus. V roce 2021 vědci oznámili oživení vířníka z permafrostu na Sibiři. Vzorek pocházel z půdy staré přibližně 24 tisíc let. Po rozmrazení se organismus začal pohybovat a následně se rozmnožil partenogeneticky, tedy bez oplodnění.
Rekord je významný hlavně tím, že šlo o mnohobuněčného živočicha. Zároveň je třeba odlišit dlouhodobé přežití od nepřetržitého života. Vířník v zamrzlé půdě aktivně nepřijímal potravu, nerostl ani se nerozmnožoval. Jeho tělo se nacházelo v dlouhodobě pozastaveném stavu, který chránil buňky před nedostatkem vody a nízkou teplotou.
Podobné strategie využívají některé hlístice. Vědci v roce 2023 popsali hlístici, která se po přibližně 46 tisících letech probudila z permafrostu na Sibiři. Po rozmrazení se začala pohybovat a rozmnožovat. Takové nálezy ukazují, že půdní bezobratlí mohou přežít mnohem delší období, než jaké známe u většiny aktivních živočichů. Zároveň ale není jisté, zda každý organismus v dané vrstvě skutečně přežil bez přerušení, nebo zda některé vzorky pocházejí z mladších mikroskopických dutin.
Žábronožka přežije bez vody, žába vlastní zamrznutí
Odolnost vůči vyschnutí není výsadou mikroskopických tvorů. Žábronožka solná, známá jako artemie, žije v extrémně slaných jezerech a lagunách. Její vajíčka se mohou změnit v odolná stadia zvaná cysty a přežít dlouhé období sucha. V této podobě se artemie prodává také jako potrava pro akvarijní ryby. Po kontaktu s vodou se z cyst během několika hodin až dnů líhnou larvy, pokud jsou splněny podmínky pro vývoj.
Jiný typ rekordu představuje severoamerická žába lesní. V zimě může část vody v jejím těle zmrznout a srdce i dýchání se na určitou dobu zastaví. Zvíře přežívá díky vysokým koncentracím glukózy, kterou uvolňuje do krve a tkání. Cukr působí jako kryoprotektant: omezuje poškození buněk ledovými krystaly a chrání buněčné membrány. Po oteplení se krevní oběh obnoví a žába se vrací k běžné aktivitě.
Podobně se chrání larvy pakomára Belgica antarctica, jediného původního suchozemského hmyzu Antarktidy. Žijí v prostředí, kde teploty klesají hluboko pod bod mrazu, a jejich tělo snáší opakované zamrzání i vysychání. Larvy zároveň omezují růst a spotřebu energie. Na rozdíl od želvušek ale nejde o univerzální odolnost vůči všem extrémům: každý druh má vlastní hranice dané prostředím, v němž se vyvinul.
Horko a tlak: rekordmani z oceánského dna
Extrémní podmínky neznamenají pouze mráz a vakuum. U hydrotermálních průduchů na dně oceánů žijí organismy vystavené vysokému tlaku, prudkým teplotním rozdílům a chemicky agresivní vodě. Červ Alvinella pompejana, označovaný jako Pompejský červ, obývá komíny v okolí průduchů v hloubkách kolem 2,5 kilometru. Teplota vody v jeho bezprostředním okolí může být velmi vysoká, zatímco přesná teplota uvnitř těla zůstává nižší a závisí na proudění vody.
Za skutečné specialisty na horko jsou považovány některé archea, tedy jednobuněčné organismy, nikoli živočichové. Druh Pyrolobus fumarii dokáže růst přibližně při 113 stupních Celsia. Jeho existence ukazuje, že hranice života neurčuje pouze teplota prostředí, ale také tlak, chemické složení a schopnost buněk udržet stabilní bílkoviny a membrány.
U mnoha obyvatel hlubokého moře pomáhají speciální molekuly stabilizovat bílkoviny při vysokém tlaku. Tlak v hloubce 2 500 metrů dosahuje zhruba 250 barů, tedy přibližně 250násobku tlaku na hladině. Živočichové z těchto oblastí proto často nezvládnou rychlý přesun k hladině, protože jejich buněčné procesy jsou nastavené na trvale vysoký tlak.
Co se vědci od rekordmanů učí
Výzkum extrémně odolných živočichů má praktické využití. Bílkoviny želvušek mohou pomoci při stabilizaci vakcín, enzymů nebo buněk během sušení a přepravy bez nutnosti hlubokého zmrazení. Kryoprotektivní látky ze žab a dalších organismů zase inspirují vývoj bezpečnějšího uchovávání tkání, transplantátů a zárodečných buněk.
Studium oprav DNA u želvušek může přispět k pochopení poškození způsobeného radiací, například při dlouhodobých kosmických letech. Pro případnou cestu k Marsu by však samotná želvuščí odolnost nestačila. Marsovské prostředí kombinuje nízký tlak, chlad, radiaci a téměř úplný nedostatek kapalné vody. Želvuška by v klidovém stavu mohla některé vlivy přečkat, nikoli v nich ale dlouhodobě aktivně fungovat.
Rekordmani přežití tak nepředstavují nesmrtelné tvory. Jejich úspěch spočívá v přesně načasovaném přechodu do úsporného režimu, v ochraně buněk a v rychlé obnově po návratu vody či vhodné teploty. Právě tato kombinace biologických mechanismů dává želvuškám, vířníkům, hlísticím i dalším extrémofilním živočichům šanci přežít podmínky, které by aktivní organismus během krátké doby zahubily.