Uśmiechnięte misiaczki, czyli niesporczaki. Czy polecą z ludźmi na Marsa?

Jak na tak mikroskopijne stworzenia, wiemy o nich całkiem sporo. Może dlatego, że niesporczaki – po łacinie Tardigrada, czyli „wolno kroczące” – wyglądają, jakby cały czas się uśmiechały. To przypadek, ale ludzki mózg tworzy z nimi pozytywną więź. Mowa jednak o relatywnie świeżej znajomości. – Kiedy zaczynałem się zajmować niesporczakami w 2000 r., był to temat niszowy. Niemal nikt o nich nie wiedział. Nawet wielu studentów biologii – mówi prof. Łukasz Michalczyk z Wydziału Biologii Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Niesporczaki to typ zwierząt wielokomórkowych. Mają za sobą co najmniej 500 mln lat ewolucji. Ale znaleźć i dokładnie je zobaczyć można dopiero pod mikroskopem optycznym. Długość ich ciała waha się bowiem od 0,1 do 1,2 mm. Dlatego podaje się ją najczęściej w mikrometrach, czyli w tysięcznych ułamkach milimetra. O ileż dumniej to brzmi, jeśli można powiedzieć, że ich wielkość wynosi od 100 do 1,2 tys. mikrometrów.

Dotychczas opisano ok. 1,5 tys. gatunków „wodnych niedźwiadków” (water bears) lub „mchowych prosiaczków” (moss piglets) – jak po angielsku nazywa się niesporczaki. Polacy mają tu istotny wkład – co piąty gatunek został odkryty przez naszych rodaków. – Inne bezkręgowce bardziej przypominają bohaterów z filmu „Obcy – ósmy pasażer Nostromo”. Natomiast niesporczaki mają taki trochę antropomorficzny wygląd: małe, grube łapki zakończone pazurkami, drobne oczka i po prostu wyglądają słodko – rozczula się prof. Michalczyk.

Życie w utajeniu

O niesporczakach stało się głośno w 2007 r., kiedy to wysłano je w kosmos, narażając na trudne warunki środowiska. Potem sprowadzono je i w laboratorium zalano wodą. – W czasie podróży w kosmos i z powrotem na Ziemię były w stanie kryptobiozy – opowiada prof. Michalczyk. Małe stworzenia wróciły do życia i okazało się, że były w stanie znów się rozmnożyć. – Było kilka takich eksperymentów, ale największym echem odbił się ten pierwszy. Dotarł nawet do szerokich mas i niesporczaki przeniknęły do popkultury.

Kryptobioza oznacza „życie utajone”. Występuje u niesporczaków w kilku rodzajach. – Mamy anhydrobiozę, czyli sytuację, kiedy niesporczaki wysychają. Jak każdy ziemski organizm, potrzebują do życia wody, ale dzięki swoim niezwykłym adaptacjom mogą trwać zasuszone nawet lata. Jest też kriobioza, czyli stan życia utajonego umożliwiający przetrwanie zamarznięcia przez dekady – wylicza prof. Michalczyk. – No i mamy też „słabsze” typy kryptobiozy, jak np. osmobioza, gdy niesporczaki są w stanie przeżyć zmieniające się stężenie jonów w otaczającej je wodzie. Jest też anoksybioza, kiedy brakuje tlenu. Ale te dwa ostatnie typy kryptobiozy nie pozwalają na przetrwanie długich okresów.

Niesporczaki dzielą się na dwie grupy: gromadę Heterotardigrada (grzbiet jej przedstawicieli często pokryty jest grubymi płytkami) i Eutardigrada (miękki oskórek). Można je znaleźć pod każdą szerokością geograficzną – od den oceanicznych po szczyty górskie. W Polsce niesporczaki najłatwiej spotkać na mchach, porostach czy w ściółce i glebie, ale też w akwariach, jeziorach, stawach i rzekach. – Na pewno nie przepadają za wartko płynącymi strumieniami – dodaje prof. Michalczyk.

Wygląda na to, że mechanizmy, które umożliwiają niesporczakom przeżycie w suchych warunkach, sprawdzają się także blisko zera absolutnego czy w próżni kosmicznej. – Ich mechanizmy odporności można podzielić na dwa typy – dodaje prof. Michalczyk. – Pierwszy polega na ochronie własnego DNA i błon oraz organelli komórkowych. U większości zwierząt w takich warunkach wszystko pęka i się łamie. Niesporczakom udaje się przed tym uchronić. Te molekularne mechanizmy nie są jednak niezawodne. Niesporczaki mają więc w zanadrzu drugi zestaw. Wyewoluowały sposoby, które skutecznie reperują DNA. Odkryto geny produkujące białka naprawcze. Co ciekawe, gdy przeniesiono je do komórek ludzkich, te uzyskały znacznie większą odporność na promieniowanie jonizujące. – Wydaje się więc, że mechanizmy te mogą być kluczowe w długotrwałych podróżach kosmicznych – mówi prof. Michalczyk.

Od żółtego do brązowego

Najczęściej niesporczaki są białe lub przezroczyste. – Ale można spotkać grupy, które wykazują bardziej różnorodną pigmentację – opowiada prof. Michalczyk. – Mamy kolory od żółtego, poprzez pomarańczowy, do czerwonego i brązowego. Te pierwsze kolory pochodzą z pokarmu, konkretnie z karotenoidów. Są też tak ciemnobrązowe niesporczaki, że w zasadzie czarne. Spotyka się je najczęściej na lodowcach i w zagłębieniach kriokonitowych lodowców. Powstają, gdy na powierzchni znajduje się np. ciemny kamyczek, który nagrzewa się od słońca. Wokół siebie wytapia wtedy otwór. Takie tymczasowe ekosystemy są szybko kolonizowane przez różne mikroorganizmy, w tym niesporczaki. Najprawdopodobniej ciemny pigment chroni je przed silnym promieniowaniem ultrafioletowym. Być może pozwala też na szybsze ogrzanie się w słońcu. Na koniec wspomnę o zielonych niesporczakach – to prawdziwie rzadkie „szmaragdy”.

Istnieją gatunki, które żyją w morzach i oceanach. Nie są tak wytrzymałe jak wielu z ich lądowych kuzynów. Podobnie jest też z niektórymi gatunkami tropikalnymi, które żyją w stale wilgotnych środowiskach.

Niesporczaki żywią się bardzo różnorodnie. Część z nich zjada bakterie, inne podwodne rośliny, glony, a także mchy i porosty. Są też i takie, które polują na pierwotniaki czy bezkręgowce, takie jak wrotki czy nicienie, a także na inne niesporczaki. Wszystkie mają sztylety w aparacie gębowym. Wysuwają je na zewnątrz i nimi nakłuwają swój pokarm. Kiedy już przebiją błonę lub ścianę komórkową, wysysają zawartość za pomocą solidnie umięśnionej gardzieli.

U niesporczaków znajdziemy też rozmaite sposoby rozmnażania. – Są oczywiście gatunki rozdzielnopłciowe, jednak nawet w przypadku „klasycznego” rozmnażania płciowego niesporczaki są nietypowe: proporcja płci zazwyczaj nie wynosi jeden do jednego – wyjaśnia prof. Michalczyk. – Często samców jest o wiele mniej niż samic, ale są też populacje, w których występują głównie samce. Są również gatunki, u których samce pojawiają się raz na wiele pokoleń, a zazwyczaj istnieją tylko samice.

Jedna z dwóch głównych linii niesporczaków nie posiada narządów kopulacyjnych, więc rozmnażanie przebiega w nietypowy sposób i często mamy do czynienia z mieszanką zaplemnienia zewnętrznego i wewnętrznego. Są też gatunki hermafrodytyczne, czyli obojnacze, u których każdy osobnik ma zarówno gonady męskie, jak i żeńskie. Ale tak naprawdę duża część gatunków lądowych i słodkowodnych jest wyłącznie partenogenetyczna, inaczej dzieworodna, czyli taka, w których występują tylko samice. – I to czasami od dziesiątków milionów lat – taka niesporczakowa „Seksmisja” – uśmiecha się prof. Michalczyk.

Wszystkie jednak niesporczaki składają jaja, obierając różne strategie. Niektóre umieszczają je w starej wylince. Pewne gatunki noszą następnie taki worek ze sobą do czasu wyklucia się młodych. Jednak u większości matka wychodzi ze swojej kutykuli i oddala się, a jaja pozostają w wylince. Są zazwyczaj gładkie i trochę przypominają kształtem ptasie. Kutykula natomiast ma pazurki, z których do niedawna korzystało żywe, dorosłe zwierzę, zaczepiając się np. o rośliny. Matczyna kutikula chroni dodatkowo jaja przed drapieżnikami.

Inne gatunki z kolei składają jaja niezależnie od linienia. W takich przypadkach są one bogato ornamentowane i mają na powierzchni rozmaicie urzeźbione wyrostki. Wyglądają jak małe dzieła sztuki.

Z jaja wylęga się pierwsze stadium, które jest niepłodne, czyli niedojrzałe rozrodczo, i u Eutardigrada wygląda jak miniaturka postaci dorosłej. Z kolei u Heterotardigrada taki młody nazywany jest larwą, jako że bardziej różni się od starszych stadiów.

Marsz na Marsa

W 2022 r. w Krakowie odbyło się 15. międzynarodowe sympozjum poświęcone niesporczakom. To cykliczna konferencja, która drugi raz zawitała do Polski, poprzednia – również w Krakowie, w 1977 r. – ze względu na żelazną kurtynę miała raczej kameralny charakter. Na tę obecną zjechało 120 badaczy z niemal 20 krajów. W sumie dali 52 wykłady i przedstawili niemal 70 prezentacji plakatowych.

Teraz, na łamach „Zoological Journal of the Linnean Society”, jednego z najstarszych i najbardziej prestiżowych czasopism zoologicznych na świecie, ukazała się seria 15 artykułów opartych na wybranych wystąpieniach z tej konferencji. Towarzyszy im wspomnienie o prof. Barbarze Węglarskiej (1922–2020) – wybitnej polskiej badaczce niesporczaków – autorstwa zespołu pod przewodnictwem prof. Łukasza Michalczyka. Wszystko to poprzedza wstęp, jakżeby inaczej, prof. Michalczyka.

Wśród artykułów badawczych jest m.in. praca opisująca eksperymenty laboratoryjne testujące wytrzymałość niesporczaków na warunki marsjańskie. Na Czerwonej Planecie znajduje się gleba pełna nadchloranów. Na Ziemi prawie nie występują. Zespół uczonych, kierowany przez dr Pushpalatę Kayasthę, niegdyś na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, a obecnie na University of North Carolina w USA, zbadał, jak radzą sobie rozmaite mikroskopijne organizmy zwierzęce w różnych roztworach nadchloranu magnezu. – Weryfikowałam trzy różne gatunki niesporczaków – mówi dr Kayastha. – Jakoś przetrwały, choć inne bezkręgowce – wrotek, nicień i skorupiak – wypadły lepiej. Niesporczaki w stanie anhydrobiotycznym poradziłyby sobie lepiej w roztworach nadchloranu. Dobrze byłoby więc sprawdzić, jak wypadają w kryptobiozie.

Może więc człowiek w swoją pierwszą podróż na Marsa zabierze niesporczaki? – Czy moja praca wskazuje, że te zwierzęta nie mogą lecieć? – pyta retorycznie dr Kayastha. – Myślę, że powinniśmy je ze sobą zabrać.