محققان یک حسگر مولکولی کشف کرده‌اند که به افراد دیررس می‌گوید زمان سخت شدن فرا رسیده است.
جانوران کوچک هشت پا که به عنوان خرس آبی یا خوک خزه نیز شناخته می شوند، در زمان خواب تقریباً شکست ناپذیر هستند. وقتی زمان سخت می شود، بی مهرگان میکروسکوپی به شکل توپی به نام تونی جمع می شوند. پاهایشان را می کشند، آب می ریزند، داخل آنها را به شیشه تبدیل کنیدو متابولیسم آنها را به سطوح نامحسوس کند می کند (SN: 12/16/15). در این حالت تاردگرادها می توانند خشک شدن کامل را تحمل کنند. سفر فضایی، اشعه ایکس و دیگر توهین های افراطی، اما به طور کامل نیست زره پوش (SN: 7/13/22; SN: 6/2/21).
دریک کولینگ، شیمیدان دانشگاه مارشال در هانتینگتون، می گوید: «تاردیگرادها افراطی دوست نیستند، آنها بسیار متحمل هستند.
تغییرات شیمیایی به نام اکسیداسیون به اسید آمینه سیستئین حالت تون را تحریک می کند، کولینگ و همکارانش یافتند. این تیم در 17 ژانویه گزارش می دهد که معکوس کردن این فرآیند اکسیداسیون باعث می شود تا دیرگریدها از حالت خواب خارج شوند. PLoS One.
هانس راملوف، فیزیولوژیست مقایسه ای در دانشگاه روسکیلد دانمارک، که در این مطالعه شرکت نداشت، می گوید: دانشمندان مدت هاست به این فکر می کردند که چه چیزی باعث می شود که دیرگریدها به داخل و خارج از حالت تون بروند. دانستن اینکه اکسیداسیون سیستئین کلید است، “الهام بخش” است، اما همچنین “برای خودم کمی آزاردهنده است، زیرا همیشه گفته ام که این تبدیل غیرفعال است، و اکنون می بینم که قطعا منفعل نیست.”
راملو گفت: این کشف به توضیح برخی از جنبه‌های زیست‌شناسی خرس آبی و شاید موجودات دیگر کمک می‌کند، که وقتی متابولیسم به صفر می‌رسد و جانوران اساساً مرده‌اند، به انیمیشن معلق می‌روند. به عنوان مثال، تاردیگریدها هنگامی که از خواب خارج می شوند، متابولیسم بسیار بالایی دارند. او می گوید که ممکن است به این دلیل باشد که آنها به طور فعال اکسیداسیون سیستئین را معکوس می کنند و آسیب ناشی از اکسیداسیون را ترمیم می کنند. اما یک سوال اساسی باقی می ماند. واضح است که توضیح نمی دهد که چگونه می توانید متابولیسم را متوقف کنید و بمیرید و متابولیسم را دوباره شروع کنید و زندگی کنید.
کولینگ می‌گوید: این پروژه “از روی یک هوس” انجام شد. ما در مورد تاردیگرادها کنجکاو بودیم. آنها تا حد زیادی در اخبار بوده اند. بنابراین او به آزمایشگاه خود گفت: «پیدا کردن تاردیگرادها آسان است. بیایید مقداری را برداریم و در ابزاری که در اینجا داریم قرار دهیم. آن ابزار یک طیف سنج EPR بود. دانشمندان از آن برای مطالعه اتم ها و مولکول هایی که الکترون های جفت نشده دارند استفاده می کنند.
با استفاده از این ابزار، کولینگ و همکارانش این را دیدند Hypsibius exemplaris tardigrades وارد حالت تن شد، سطح سوپراکسید افزایش یافت. سوپراکسیدها مولکول های اکسیژنی هستند که یک الکترون به آنها اضافه شده است و یک الکترون جفت نشده و آماده واکنش با اتم ها و مولکول های دیگر است. مواد شیمیایی ناپایدار که گاهی اوقات گونه‌های فعال اکسیژن یا رادیکال‌های آزاد نامیده می‌شوند، می‌توانند به پروتئین‌ها و سایر اجزای سلول‌ها آسیب بزنند.
لزلی هیکس، شیمیدان دانشگاه کارولینای شمالی در چاپل هیل می گوید، اما سوپراکسیدها می توانند برای ارسال سیگنال نیز استفاده شوند. آزمایشگاه او با کولینگ همکاری کرد تا آنچه را که در مورد تاردیگریدها می‌گذرد رمزگشایی کنند. یکی از اولین گام‌های محققان این بود که دیرگرادها را در معرض نوعی استرس قرار دهند که معمولاً با آنها مواجه نمی‌شدند.
هیکس به همکارانش گفت: “بیایید پراکسید هیدروژن را روی خرس ها بریزیم و ببینیم که آیا آنها می توانند در نتیجه این استرس ماهی تن تشکیل دهند.” این تیم غلظت های مختلف پراکسید هیدروژن، یک ماده شیمیایی اکسید کننده قوی را آزمایش کردند. مطمئناً، tardigrades به حالت تنظیم در پراکسید هیدروژن رقیق رفتند. حذف پراکسید هیدروژن خرس های آبی را دوباره بیدار کرد. این به محققان گفت که اکسیداسیون سیگنال مهمی برای ورود و خروج از خواب است.
هیکس و همکارانش با کاوش عمیق تر، اکسیداسیون سیستئین، یکی از اسیدهای آمینه سازنده پروتئین موجودات زنده را بررسی کردند. قرار گرفتن در معرض پراکسید هیدروژن یا سایر مواد شیمیایی ناپایدار می تواند باعث تغییرات شیمیایی در سیستئین شود که برخی برگشت پذیر و برخی غیر قابل برگشت هستند. به نوبه خود، این تغییرات می تواند ساختار و فعالیت آنزیمی پروتئین ها را تغییر دهد.
تیم تحقیقاتی دریافتند که مسدود کردن اکسیداسیون سیستئین از تشکیل ماهی تن توسط تاردیگرادها ناشی از قرار گرفتن در معرض سطوح بالای نمک یا شکر جلوگیری می کند. مسدود کردن اکسیداسیون سیستئین نیز توانایی تاردیگرادها را برای زنده ماندن در هنگام یخ زدگی از بین می برد، اگرچه حیوانات کوچک مقاوم در هنگام یخ زدن تونل تشکیل نمی دادند. هیکس می گوید، این نشان می دهد که اکسیداسیون سیستئین ممکن است نقش مهمی در تمام مکانیسم های بقای خرس های آبی داشته باشد.
کازوهارو آراکاوا، زیست شناس سیستمی در دانشگاه کیو در فوجیساوا، ژاپن که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: محققان خشک کردن را آزمایش نکردند. او کنجکاو است که بداند آیا سایر گونه‌های تاردیگرید که می‌توانند خشک شدن را بدون تشکیل تونس تحمل کنند، به اکسیداسیون نیز متکی هستند یا خیر. آراکاوا می‌گوید اکسیداسیون ممکن است برای سایر گونه‌های غیر مرتبط با تاردیگراد نیز مهم باشد. به عنوان مثال، سایر محققان نشان داده اند که اکسیداسیون برای برخی مهم است میگ ها برای زنده ماندن از خشک شدن.
