А тепер вчені виявили, що один вид тихохідних тихоходів, Adineta vaga, може розмножуватися, не відновлюючи свої хромосоми після пошкодження радіацією – і його нащадки продовжуватимуть усувати пошкодження протягом кількох поколінь.
Команда піддала A. vaga потужному опроміненню, зібрала яйце, відкладене однією з тварин, і використала це яйце для створення клональної популяції. Оскільки всі ці клони походили з одного яйця, дослідники очікували побачити ті ж самі пошкодження від радіації, відображені в їхніх геномах. Натомість вони виявили дещо дивне. Великі делеції в хромосомах відрізнялися між особинами, а дані секвенування, здавалося, показували поступове відновлення втраченої ДНК.
Протягом наступних місяців дослідники продовжували відстежувати пошкоджені геноми через послідовні покоління, використовуючи секвенування ДНК та підрахунок хромосом, щоб зрозуміти, що вони бачать. Поступово команда зрозуміла, що відбувається. Тихоходи не надто відновлювали пошкодження хромосом перед розмноженням. Розбиті фрагменти хромосом виживали до наступного покоління, де процес ремонту міг тривати.
Дослідники піддавали A. vaga протонному випромінюванню в дозах 100, 250 і 500 грей, що, за оцінками, спричиняло близько 88, 220 і 440 дволанцюгових розривів ДНК у геномі відповідно. При найвищій дозі окрема хромосома могла бути розбита на 30-50 фрагментів.
Однак, A. vaga, здається, знайшла лазівку. «Наші результати свідчать про те, що, навпаки, хромосоми тихоходних тихоходів мають «голоцентричну» структуру з ключовими структурними компонентами центромери, розподіленими по окремих ділянках хромосоми – що гарантує правильну сегрегацію фрагментів хромосом, що містять ці компоненти», – пояснив Халет. Це означає, що коли хромосома розбивається, її фрагменти все ще можуть містити необхідне для перетягування в дочірню клітину – дозволяючи розбитим частинам зберігатися протягом поділів клітин і, врешті-решт, поколінь.
Але це лише половина їхнього дивовижного трюку. Інша половина – це сам ремонт. A. vaga має диплоїдний геном, тобто її хромосоми надходять парами. Дві хромосоми в кожній парі є гомологічними – вони несуть одні й ті ж гени в однакових місцях, хоча точні версії цих генів можуть відрізнятися. Це дає пошкодженій хромосомі щось надзвичайно корисне: відносно неушкодженого «близнюка», який вона може використовувати як шаблон для ремонту.
На цьому етапі ви, цілком природно, можете замислюватися, чим саме A. vaga займається у вільний час, що їй потрібен такий потужний захист від іонізуючого випромінювання. Ну, відповідь криється в її моховому середовищі проживання. Мохи та лишайники можуть довго висихати, перш ніж знову намокнуть, і їхнім крихітним мешканцям довелося еволюціонувати способи пережити ці екстремальні умови. Тихохідні тихоходи (і тихоходки, насправді) роблять це, входячи в стан майже повного висихання – висихаючи, ніби це екстремальний вид спорту.
Однак висихання надзвичайно шкідливе для ДНК. Воно може спричинити ті ж види фізичних пошкоджень, що й іонізуюче випромінювання, включаючи дволанцюгові розриви, які можуть розбивати хромосоми. Отже, A. vaga, ймовірно, не розвинула свої надзвичайні ремонтні здібності у відповідь на радіацію взагалі. Її стійкість до радіації, схоже, є щасливим побічним ефектом адаптації до виживання при повторних періодах висихання.
«Фізичні пошкодження від висихання випадково є такими ж, як і від радіації, тому вони стали стійкими до радіації», – пояснила Ван Донінк. «У цьому краса природи». І ця здатність виживати, коли її геном у повному безладі, може зробити A. vaga корисною для розуміння інших ситуацій, коли хромосоми зазнають катастрофічних пошкоджень. Наприклад, на Марсі людські дослідники, ймовірно, зазнаватимуть доз опромінення, що вважаються небезпечними для людей. А ракові клітини можуть зазнавати явища, відомого як хромотрипсис, коли хромосоми розбиваються і зшиваються разом у драматично перебудованих формах.
Ще залишаються питання, на які потрібно відповісти. Дослідники тепер хочуть краще зрозуміти молекулярний механізм, який дозволяє A. vaga здійснювати свої надзвичайні ремонти, і чи подібні стратегії можуть ховатися деінде в природі. Ван Донінк також зазначила, що команда зараз досліджує, що відбувається, коли обидві гомологічні хромосоми розбиті в одному місці, залишаючи тихохода без неушкодженого шаблону, на який зазвичай покладається BIHER – і нам також надзвичайно цікаво дізнатися.