Zgodba iz vesolja

Nazaj

Goezejeva risba vodnega medveda.

Lahko jih ohladimo na skoraj absolutno ničlo ali ožgemo pri 150 stopinjah Celzija. Lahko jih obsevamo z ultravijolično svetlobo, izpostavimo vakuumu vesolja ali neverjetno visokemu tlaku. Vodni medvedi se bodo le zvili v majhne, trdne kroglice in – preživeli. Čeprav jih danes preučujemo v nekaterih najbolj sofisticiranih laboratorijih na svetu, tudi v vesolju, pa njihovo odkritje sega v čas, ko smo šele začeli spoznavati očem neviden svet mikroskopskih bitij.

Nenavadna »vodna žuželka«

Leta 1772 je Johann August Ephraim Goeze, župnik cerkve Sv. Blaža v nemškem Quedlinburgu, štel 41 let. Ljudje so ga poznali kot izjemnega pridigarja ter pedagoga in nič ni kazalo, da bo njegova usoda ubrala povsem drugo smer. Toda tega leta je bil povabljen na srečanje, kjer pa se mu je življenje postavilo na glavo. Osrednja tema druženja je bila prikaz delovanja »povečevalnega stekla«. V resnici je šlo za sestavljen mikroskop, ki je Goezeja tako navdušil, da je prepričal njegovega lastnika, naj mu ga podari. Ni minilo dolgo, ko si je omislil nov, izboljšani model mikroskopa, s katerim je lahko sliko vzorca projiciral na steno sicer temne sobe. Prav z njim je Goeze prišel do odkritja, ki bo 250 let pozneje postalo predmet nekaterih najbolj odmevnih raziskav v vesolju.

Leta 1773 je Goeze v nemščino prevedel knjigo švicarskega znanstvenika Charlesa Bonneta Traité d’Insectologie (Razprava o žuželkah), ki pa ji je dodal prilogo z naslovom »O nekaterih nenavadnih vodnih žuželkah«. V petih poglavjih je opisal pet različnih drobnih organizmov. Poglavje pod zaporedno številko II se je glasilo »O majhnem vodnem medvedu«. To so bili za Goezeja najbolj čudni stvori od vseh. Našel jih je le pozimi in sicer v vodnih rastlinah, ki so rasle v ribniku za njegovo cerkvijo. Njihova telesa so ga spominjala na medvede. Da so se ta bitja v 21. stoletju znašla v središču vesoljskih raziskav, pa ima med drugim zasluge Goezejev sodobnik ter stanovski kolega.

Johann August Ephraim Goeze (levo) in Lazzaro Spallanzani (desno).

Prvi korak na poti do zvezd

Prvi, ki je, sicer nevede, vodnim medvedom tlakoval pot do zvezd, je bil italijanski duhovnik ter biolog Lazzaro Spallanzani. O njih je poročal leta 1776 v svojem delu »Spisi o fiziki rastlin in živali«.

Spallanzani se je nadejal, da bo v vzorcih usedlin, ki jih je nabral v žlebu na strehi svoje hiše in jih nato ovlažil, zagledal povsem drugačna bitja, tako imenovane kotačnike. A pogled skozi mikroskop mu je pričaral ravno vodne medvede. Navdušeno si je ogledoval te organizme, ki so se premikali počasi in nekoliko štorasto. Zaradi nerodne hoje jih je primerjal s plazečimi se želvami. Zanje je skoval ime tardigrada, iz latinskih besed tardus (počasen) in gradus (korak). V slovenščini jim pravimo tudi počasniki ali tardigradi.

Pozneje je Spallanzani ugotovil, da je bila navidezna nerodnost predvsem posledica gladke površine stekla, na kateri jih je opazoval. Kmalu se je prepričal, da so se na peščeni podlagi te živali premikale veliko bolj vešče.

Spallanzani je nato izvedel še dva poskusa, katerih rezultati so pritegnili zanimanje poznejših generacij znanstvenikov. Ko je vzorce usedlin ponovno posušil, tardigradi niso poginili. Le nehali so se premikati, svoje noge pa so skrili v telo. Slednje se je ob tem močno skrčilo, izsušilo ter prevzelo obliko, ki ji danes pravimo tun. Ob ponovnem stiku z vodo so se preprosto znova prebudili.

Spallanzani je tune počasnikov izpostavljal tudi ekstremnim temperaturam, pri čemer ga je presenetilo, da jim močan mraz ni mogel do živega. Danes vemo, da sta njihova sposobnost preživetja izsušitve in odpornost proti mrazu tesno povezani.

Iskanje meje vzdržljivosti

V 20. stoletju so se poskusi z vodnimi medvedi preselili v specializirane laboratorije, kjer so znanstveniki preizkušali meje njihove vzdržljivosti. V začetku prejšnjega stoletja je nemški biolog Gilbert Rahm počasnike izpostavil tekočemu zraku (-190 °C), tekočemu dušiku (-253 °C) ter tekočemu heliju (-272 °C). Sto let pozneje jih je skupina znanstvenikov v vakuumu ohladila na vsega stotinko stopinje nad absolutno ničlo. Ko so tune nato ponovno ogreli ter jih izpostavili vlagi, so nekateri izmed njih oživeli. Dodajmo, da so tuni tardigradov nekaj minut preživeli tudi ob visokih temperaturah, nad 150 °C.

Francoski znanstvenik Raoul M. May je leta 1964 tardigradom pripravil nov izziv. Tune vrste Macrobiotus areolatus je izpostavil močnemu ultravijoličnemu in rentgenskemu sevanju. Izkazalo se je, da je smrtna doza za počasnike kar tisočkrat višja kot pri ljudeh! Tardigradi so se izkazali za bistveno bolj odporne celo od ščurkov, pri katerih je smrtna doza približno dvajsetkrat višja od tiste za ljudi. Nič čudnega torej, da so May in sodelavci v svojem članku vodne medvede predlagali za modelne organizme za raziskovanje vesolja.

Tardigrad skozi optični mikroskop.

Znanstveniki so tune vodnih medvedov izpostavljali tudi visokemu tlaku. Japonski znanstveniki so jih najprej podvrgli hidrostatskemu tlaku, ki je ustrezal približno 74.000-kratniku zračnega tlaka na morski gladini. Po dvanajstih urah jim je uspelo oživiti nekaj primerkov. Nekaj let pozneje so poskus ponovili, le da so tokrat tlak navili vse do 200.000 barov za krajši čas, česar pa sicer trdoživi počasniki niso prenesli.

Vsi ti rezultati so potrdili, da so tardigradi zelo vzdržljiva bitja in znanstveniki so se namenili poiskati odgovor na še eno vprašanje, in sicer, kako se njihova telesa odzovejo na neizprosne razmere v vesolju.

Počasniki v vesolju

Tardigradi so postali prve živali, ki so jih znanstveniki namenoma izpostavili neusmiljenim vplivom vesolja. Zanimalo jih je, ali so ti organizmi zmožni preživeti in se razmnoževati v mikrogravitaciji ter kako nanje vplivajo vakuum, Sončevo ultravijolično (UV) sevanje in kozmični delci.

Na vprašanje, ali lahko tardigradi normalno preživijo v mikrogravitaciji, so znanstveniki odgovorili v okviru treh eksperimentov, ki so jih med letoma 2007 in 2011 izvedli na krovu ruskega plovila FOTON-M3, vesoljskega čolniča Endeavour ter Mednarodne vesoljske postaje (ISS). Izkazalo se je, da počasnikom mikrogravitacija ne povzroča preglavic. V vesolju so se zlahka razmnoževali, iz izleženih jajc pa so se izvalili povsem zdravi primerki. Tudi izsušene tune so po vrnitvi na Zemljo brez težav oživili, stopnja njihovega preživetja pa je bila primerljiva s kontrolnimi skupinami.

Tunom tardigradov ni mogel do živega niti vakuum, nekaj več težav pa jim je povzročalo UV-sevanje. V okviru znamenitega eksperimenta TARDIS (Tardigrades in Space) so tune izpostavili bodisi samo vakuumu vesolja bodisi vakuumu v kombinaciji z ultravijolično (UV) svetlobo. Nekateri tuni so bili obsevani z UV-svetlobo z enako valovno dolžino, kot jo ima tista, ki prodre vse do Zemljinega površja in nam povzroča opekline ob pretiranem sončenju, drugi pa so bili izpostavljeni celotnemu UV-spektru s Sonca.

Najbolje so jo odnesli primerki Milnesium tardigradum, saj je oživelo 68 % osebkov, ki so bili izpostavljeni filtrirani UV-svetlobi. Je pa res, da so ti nato umirali hitreje od tistih v kontrolni skupini. Izpostavljenost celotnemu spektru UV-svetlobe so preživeli le trije osebki. UV-sevanje je negativno vplivalo tudi na razmnoževanje preživelih tardigradov.

Aktivna žival in tun.

UV-sevanje pa ni edina nevarnost, ki na počasnike preži v vesolju. Še nevarnejši so lahko kozmični delci, ki imajo na tkiva živih bitij podoben vpliv kot radioaktivno sevanje. Kratkoročno je preživelo le nekaj več kot 40 % izpostavljenih primerkov, poskus oživljanja posebne skupine tardigradov po dveh letih shranjevanja pa ni bil uspešen.

Vsi ti poskusi so znanstvenike pripeljali do ključne uganke: kako je mogoče, da tardigradi preživijo pogoje, ki bi bili za večino drugih živali usodni?

Skrivnost njihove odpornosti

Počasniki so eni najbolj odpornih večceličnih organizmov na Zemlji. Preživijo lahko v najrazličnejših ekstremnih razmerah. Pod določenimi okoliščinami preobrazijo svoje telo in njihov metabolizem skoraj povsem zastane. Toda vodni medvedi zmorejo veliko več. Svoja telesa lahko pred škodljivimi vplivi tudi zaščitijo na različne načine in celo popravljajo nastale poškodbe.

Ob pomanjkanju vlage se telesa tardigradov izsušijo ter preidejo v stanje anhidrobioze. Svoja telesa skrčijo v značilni kroglasti tun, svoj metabolizem pa skoraj povsem zaustavijo. Kljub izgubi vode ostanejo njihove celice nepoškodovane zaradi posebnih beljakovin TDP (tardigrade specific proteins), ki jih počasniki proizvajajo med izsušitvijo. Te pomagajo stabilizirati celične strukture in prispevajo k nastanku steklu podobnega, vitrificiranega stanja, v katerem lahko brez vode preživijo celo več desetletij.

Prav ta preobrazba vodnim medvedom omogoča preživetje še v drugih, nekoliko presenetljivih ekstremnih okoljih. Ob hudem mrazu na primer, odsotnost vode v telesu prepreči tvorbo uničujočih kristalov ledu, v vakuumu pa prepreči dodatne poškodbe celic.

Sama odsotnost vode v telesih počasnikov pa ne razloži njihove odpornosti na sevanje. Tardigradi imajo za to pripravljenih še nekaj adutov.

Visoke temperature ter ionizirajoče sevanje poškodujejo beljakovine ter molekule DNK v telesih počasnikov. Prve se lahko pri tem nepravilno zvijejo. V telesih tardigradov se takrat močno poveča tvorba t. i. beljakovin toplotnega šoka (heat shock proteins, Hsp), ki delujejo kot nekakšna reševalna ekipa. Beljakovine Hsp prepoznajo poškodovane oziroma nepravilno zvite beljakovine, jih stabilizirajo in pomagajo, da znova zavzamejo pravilno obliko. Sodelujejo lahko tudi pri odstranjevanju močno poškodovanih beljakovin.

Telesa počasnikov lahko tvorijo tudi beljakovine Dsup (Damage suppressor), ki se vežejo na DNK in jo pomagajo zaščititi pred poškodbami. Te okoli molekul DNK ustvarijo nekakšen molekularni ščit ter tako zmanjšajo obseg poškodb zaradi ionizirajočega sevanja.

Če sevanje kljub vsemu poškoduje genetski zapis, se aktivirajo še encimi za popravilo molekul DNK. Podobne mehanizme najdemo tudi pri ljudeh, le da jih nismo sposobni proizvesti v tako velikih količinah.

Prihodnost vodnih medvedov v vesolju

Počasniki najbrž ne bodo nikoli prosto živeli na drugih telesih Osončja. V kontekstu raziskovanja vesolja pomen raziskovanja teh bitij leži drugje. Počasniki bi nam morda lahko pomagali premagati prav posebno težavo, s katero se bomo soočali med dolgotrajnimi vesoljskimi potovanji.

Vesolje je namreč prežeto z delci visokih energij, ki jim pravimo kozmični delci. Ti lahko poškodujejo naša tkiva ter povzročijo resna obolenja astronavtov, kot je na primer rak. Ocene kažejo, da bi že dokaj kratkotrajna vesoljska odprava, kot je triletno potovanje na Mars in nazaj, bistveno povečala tveganje za pojav te smrtonosne bolezni.

Eksperiment biopan s katerim so delali poskuse s tardigradi na krovu plovila FOTON-M3.

Zemlja nas pred večino kozmičnih delcev varuje s svojim magnetnim poljem ter gostim ozračjem, ki pa ju v medplanetarnem prostoru ni. Trenutno ne poznamo načina, kako bi se na dolgotrajnih potovanjih učinkovito zaščitili pred vplivom teh delcev.

Z raziskovanjem beljakovinskega ščita tardigradov poskušamo izvedeti, kako pred kozmičnimi delci obvarovati naša lastna telesa. Radi bi torej razumeli, kako zaščititi ter popraviti beljakovine v človeških celicah ter našo DNK in tako preživeti na krovu vesoljskih ladij.

Le kaj bi si o tem mislil Goeze?

Dodatna čtiva za najbolj radovedne

1. Greven, H. About the little water bear*A commented translation of GOEZE’S note „Ueber den kleinen Wasserbär” from 1773, Acta Biologica Benrodis 17 (2015): 1-27.
2. Schill, R.O. 250 years of tardigrades: Goeze’s discovery of a rare and peculiar creature. Org Divers Evol 25, 1–2 (2025). https://doi.org/10.1007/s13127-025-00677-y
3. Guidetti R, Altiero T, Rebecchi L. On dormancy strategies in tardigrades. J Insect Physiol. 2011 May;57(5):567-76. doi: 10.1016/j.jinsphys.2011.03.003. Epub 2011 Mar 21. PMID: 21402076.
4. Tardigrade, Wikipedia.
5. Tardigrades: Little Water Bears, Caroline Knowledge Center. 
6. Weronika E, Łukasz K. Tardigrades in Space Research – Past and Future. Orig Life Evol Biosph. 2017 Dec;47(4):545-553. doi: 10.1007/s11084-016-9522-1. Epub 2016 Oct 20. PMID: 27766455; PMCID: PMC5705745.
7. K. Arakawa, “Examples of Extreme Survival: Tardigrade Genomics and Molecular Anhydrobiology,” Annual Review of Animal Biosciences, vol. 10, no. 1, pp. 17-37, 2022. Available: https://doi.org/10.1146/annurev-animal-021419-083711.
8. May RM, Maria M, Guimard J. Actions différentielles des rayons x et ultraviolets sur le tardigrade Macrobiotus areolatus, a l’état et desséché. Bull Biol France Belgique. 1964;98:349–367.
9. Horikawa DD, Sakashita T, Katagiri C, Watanabe M, Kikawada T, Nakahara Y, Hamada N, Wada S, Funayama T, Higashi S, Kobayashi Y, Okuda T, Kuwabara M. Radiation tolerance in the tardigrade Milnesium tardigradum. Int J Radiat Biol. 2006;82:843–848. doi: 10.1080/09553000600972956
10. Møbjerg N, Neves RC. New insights into survival strategies of tardigrades. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 2021 Apr;254:110890. doi: 10.1016/j.cbpa.2020.110890. Epub 2020 Dec 26. PMID: 3337369
11. Bertolani R, Rebecchi L, Jönsson KI, Borsari S, Guidetti R, Altiero T. Tardigrades as a model for experiences of animal survival in the space. In: Monti, R., Bonifazi, C. (Eds.), La Scienza e la Tecnologia Spaziale sulla Stazione Internazionale (ISS). Spec. Issue ASI Natl. Workshop, Turin, 2001. MSSU—Micro Space Station Util. 2001;2:211–212.
12. Tardigrade, New World Encyclopedia.
13. Ono, F., Saigusa, M., Uozumi, T., Matsushima, Y., Ikeda, H., Saini, N. L., & Yamashita, M. (2008). Effect of high hydrostatic pressure on to life of the tiny animal tardigrade. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69(9), 2297-2300. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2008.04.019
14. Ono, F., Saigusa, M., Uozumi, T., Matsushima, Y., Ikeda, H., Saini, N. L., & Yamashita, M. (2008). “Effect of high hydrostatic pressure on to life of the tiny animal tardigrade.” Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69(9), 2297–2301. DOI: 10.1016/j.jpcs.2008.04.019
15. Ono, F., Mori, Y., Takarabe, K., Fujii, A., Saigusa, M., Matsushima, Y., Yamazaki, D., Ito, E., Galas, S., & Saini, N. L. (2016). “Effect of ultra-high pressure on small animals, tardigrades and Artemia.” Cogent Physics, 3, 1167575. DOI: 10.1080/23311940.2016.1167575
16. Seki, K., Toyoshima, M. Preserving tardigrades under pressure. Nature 395, 853–854 (1998). https://doi.org/10.1038/27576
17. Horikawa DD, Iwata K, Kawai K, Koseki S, Okuda T, Yamamoto K. High hydrostatic pressure tolerance of four different anhydrobiotic animal species. Zoolog Sci. 2009 Mar;26(3):238-42. doi: 10.2108/zsj.26.238. PMID: 19341346.
18. Jönsson, K. I., Rabbow, E., Schill, R. O., Harms-Ringdahl, M. & Rettberg, P. (2008). “Tardigrades survive exposure to space in low Earth orbit.” Current Biology 18, R729–R731. DOI: 10.1016/j.cub.2008.06.048.
19. Sadowska-Bartosz I, Bartosz G. Antioxidant Defense in the Toughest Animals on the Earth: Its Contribution to the Extreme Resistance of Tardigrades. Int J Mol Sci. 2024 Aug 1;25(15):8393. doi: 10.3390/ijms25158393. PMID: 39125965; PMCID: PMC11313143.
20. Rebecchi, L. et al. (2009). “Tardigrade Resistance to Space Effects: First Results of Experiments on the LIFE-TARSE Mission on FOTON-M3 (September 2007).” Astrobiology 9, 581–591. DOI: 10.1089/ast.2008.0305.
21. Rebecchi, L., Altiero, T., Cesari, M., Bertolani, R., Rizzo, A.M., Corsetto, P.A. and Guidetti, R. (2011), Resistance of the anhydrobiotic eutardigrade Paramacrobiotus richtersi to space flight (LIFE–TARSE mission on FOTON-M3). Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, 49: 98-103. https://doi.org/10.1111/j.1439-0469.2010.00606.x.
22. Persson, D., Halberg, K.A., Jørgensen, A., Ricci, C., Møbjerg, N. and Kristensen, R.M. (2011), Extreme stress tolerance in tardigrades: surviving space conditions in low earth orbit. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, 49: 90-97. https://doi.org/10.1111/j.1439-0469.2010.00605.x
23. Vukich M., Ganga P.L., Cavalieri D., Rivero D., Pollastri S., Mugnai S., Mancuso S., Pastorelli S., Lambreva M., Antonacci A., et al. BIOKIS: A model payload for multisciplinary experiments in microgravity. Microgravity Sci. Technol. 2012;24:397–409. doi: 10.1007/s12217-012-9309-6.
24. Lee, K. S., Tan, Y ~P., Nguyen, L. H., et al. 2022, Entanglement in a qubit-qubit-tardigrade system, New Journal of Physics, 24, 12, 123024. doi:10.1088/1367-2630/aca81f