Тихоходки обезвоживаются, чтобы не перегреться: механизм теплозащиты

Тихоходки — одни из самых живучих существ на планете. Появившись не менее 500 миллионов лет назад, они пережили пять массовых вымираний. В активном состоянии эти микроскопические беспозвоночные довольно уязвимы: при температуре выше 37 °C они погибают. Однако в состоянии анабиоза, когда метаболизм почти останавливается, тихоходки выдерживают нагрев до 100 °C (отдельные виды). До недавнего времени оставалось загадкой, какой именно физический процесс защищает их от перегрева.

Эксперимент с нагреванием

В исследовании, опубликованном в Journal of the Royal Society Interface, ученые из Индии нагревали активных и обезвоженных тихоходок в течение одного часа при различных температурах. Каждый эксперимент повторялся трижды, в每组 использовали по 10 особей. Результаты показали резкий контраст: все активные тихоходки погибли уже при 45 °C. Те же, что находились в анабиозе, показали удивительную устойчивость — около 90% выжили после нагрева до 60 °C, примерно 50% перенесли 70 °C, а 10% выжили даже при 85 °C.

Измерение теплопроводности

Чтобы понять причину такого скачка выживаемости, биофизики поместили тихоходок в специальную вакуумную установку. С одной стороны к телу прикасался медный наконечник, через который повышали температуру, с другой — медный блок для измерения. Ток нагревателя плавно увеличивали до 100 миллиампер и поддерживали 70 минут. По скорости нагрева медного блока вычисляли теплопроводность животных.

Оказалось, что у активных тихоходок через тело проходит больше тепла, оно передается быстрее, а сопротивление нагреву ниже, чем у обезвоженных. Теплопроводность активной тихоходки составила 0,62 ватта на метр-кельвин — примерно как у хитинового покрова насекомых или человеческой кожи. У обезвоженных особей теплопроводность значительно снижалась.

Дополнительные механизмы защиты

Снижение теплопроводности за счет обезвоживания дает тихоходкам время на подключение других защитных систем. В состоянии анабиоза внутри клеток накапливаются особые белки, которые при высыхании превращаются в стеклоподобный гель — это явление называется витрификацией. Такой гель дополнительно снижает теплопроводность, повышая шансы на выживание. Подобные стратегии теплоизоляции известны у крупных животных (мех, перья), но тихоходки демонстрируют активное изменение физических свойств на микроуровне.

Новое исследование не только объясняет, как тихоходки переносят экстремальные температуры, но и открывает перспективы для создания синтетических материалов с регулируемой теплопроводностью. Возможно, в будущем принципы, подсмотренные у этих микроорганизмов, лягут в основу инновационных теплоизоляторов.