Многие микробы и клетки находятся в глубоком сне, ожидая подходящего момента для активации. Биологи обнаружили широко распространенный белок, который резко выключает активность клетки и так же быстро включает ее снова.
Жизнь на Земле предстает перед нами в бесконечном движении: растения тянутся к Солнцу, животные мигрируют, охотятся, птицы строят гнезда. Мы привыкли считать активность неотъемлемым признаком жизни. Но что, если значительная часть жизни на планете протекает в режиме ожидания, скрытая от наших глаз в микроскопических капсулах времени?
Последние исследования открывают перед нами удивительный мир спячки (гибернации), охватывающий все уровни организации жизни – от простейших бактерий до сложных организмов. Оказывается, умение “замедлять время”, впадать в состояние покоя в ответ на неблагоприятные условия – это не просто способ переждать тяжелые времена, а фундаментальный механизм выживания, заложенный в самой основе жизни на Земле.
Ученые уже давно знакомы с феноменом спячки у бактерий. Эти микроскопические мастера выживания, обитающие во всех уголках планеты – от кипящих гейзеров до ледяных пустынь Антарктиды, – разработали уникальные стратегии адаптации к самым суровым условиям. В ответ на холод, голодание, засуху или другие стрессовые факторы они способны замедлять свой метаболизм до минимума, превращаясь в крошечные “спящие споры”, способные годами, а иногда и веками сохранять жизнеспособность в ожидании лучших времен.
Долгое время считалось, что ключевую роль в этом процессе играют так называемые “факторы гибернации” – специальные белки, синтезируемые бактериями в ответ на стресс. Эти белки действуют подобно тормозным колодкам, блокируя работу рибосом – клеточных фабрик по производству белков. Синтез белков – чрезвычайно энергозатратный процесс, и его отключение позволяет бактериям на долгое время перейти в “энергосберегающий режим”, растягивая скудные запасы питательных веществ на максимальный срок.
Однако недавнее открытие ученых из Ньюкаслского университета, опубликованное в авторитетном журнале Nature, перевернуло представления ученого мира о механизмах бактериальной спячки. Исследуя бактерии Psychrobacter urativorans, обитающие в вечной мерзлоте, ученые обнаружили новый, ранее неизвестный белок, который они назвали Бейлон (Balon). Этот белок, оказалось, также способен блокировать работу рибосом, но делает он это совершенно иным, удивительно эффективным способом.
В отличие от “классических” факторов спячки, действующих пассивно, подобно барьеру, препятствующему запуску новых рибосом, Бейлон работает как экстренный тормоз. Он способен встраиваться в любую активную рибосому, даже в ту, что находится в процессе синтеза белка, и мгновенно останавливать её работу. Это позволяет бактерии практически моментально “замораживать” свой метаболизм, переходя в режим глубокой спячки в ответ на внезапное изменение условий.
Но удивительнее всего даже не сам механизм действия Бейлона, а его невероятная распространенность. Проанализировав генетические данные различных бактерий, ученые обнаружили, что белок Бейлон, или его близкие аналоги, присутствуют у 20% всех известных видов бактерий. Это говорит о том, что мы имеем дело не с каким-то экзотическим механизмом, а с универсальным инструментом выживания, который природа многократно “изобретала” в ходе эволюции, наделяя им самые разные группы бактерий.
“Мы живем на спящей планете”, — сказал Сергей Мельников , эволюционный молекулярный биолог из Университета Ньюкасла. “Жизнь в основном состоит из сна”.
Открытие Бейлона заставляет нас пересмотреть взгляды на распространенность и масштабы спячки в мире микроорганизмов. Возможно, мы даже не подозреваем, какая часть микробной жизни на нашей планете протекает в режиме ожидания, скрытая от наших глаз в миллионах крошечных “капсул времени”.
Но спячка – удел не только бактерий. Эта удивительная способность заложена и в нашей собственной природе, проявляясь на разных уровнях организации – от отдельных клеток до целых органов. Яйцеклетки женского организма могут десятилетиями находиться в состоянии спячки, сохраняя свою жизнеспособность и генетическую информацию в ожидании оплодотворения. Стволовые клетки, эти удивительные “заготовки” нашего организма, годами “дремлют” в костном мозге, готовые в любой момент “проснуться” и превратиться в клетки крови, кожи, костей – любого органа, который нуждается в восстановлении.
Более того, даже наши нервные клетки, которые, как считалось ранее, не способны к делению и восстановлению, периодически “впадают в спячку”, чтобы восстановить свои ресурсы и продолжить работу.
Все это говорит о том, что гибернация – это не какой-то экзотический феномен, а универсальный механизм, пронизывающий все уровни организации жизни, от микроскопической клетки до сложного организма. И понимание принципов работы этого механизма может открыть перед нами новые горизонты в самых разных областях – от медицины и биотехнологий до космических исследований.
Изучение спячки может помочь нам в борьбе с тяжелыми заболеваниями, связанными с нарушением обмена веществ и процессов старения. Возможно, именно гибернация хранит в себе ключ к долголетию и сохранению молодости. Технологии, основанные на управлении состоянием гибернации, могут найти применение в трансплантологии, позволив нам “консервировать” органы для трансплантации на длительное время.
И, наконец, именно спячка, возможно, станет ключом к освоению космоса, позволив нам отправлять путешественников в далекие космические экспедиции, погрузив их в состояние глубокого сна, чтобы преодолеть огромные расстояния и защитить от опасного воздействия космической радиации.
Так что спячка – это не просто “пауза” в жизни, а ее особая, скрытая форма, полная невероятных возможностей. И изучение этой формы жизни может принести нам не менее важные открытия, чем изучение ее активной формы.
Читайте также: Может ли инопланетная жизнь скрываться в кольцах Сатурна или Юпитера?
