معلومة

أين أجد ميكروبات مثل بطيئات المشية في الشتاء؟


اشتريت للتو مجهرًا وأريد أن أرى ميكروبات مثل بطيئات المشية. أين يجب أن أنظر؟ لقد وجدت العديد من البكتيريا وما يبدو أنه كائن حي وحيد الخلية لا يتحرك. اريد ان ارى الحركة والتغذية. Ps الثلج على الأرض والأرض المتجمدة


من الأفضل العثور على بطيئات المشية من خلال نقع الطحالب في الماء. حتى في الشتاء ، تحت الثلج ، هذا هو أفضل مكان للبحث. اترك ماء الصنبور طوال الليل مكشوفًا قبل إضافته إلى الطحالب للسماح للكلور بالخروج. ثم قم بتصفية الماء بقطعة قماش شبكية دقيقة لمعرفة ما كان في الطحلب. ومع ذلك ، لن أسمي بطيئات المشية "ميكروبات". على الرغم من أن مصطلح "الميكروبات" ليس مصطلحًا علميًا ، إلا أنني أعتقد أن الميكروبات هي بكتيريا ، بينما تعتبر بطيئات المشية حيوانات مجهرية.


بطيئات المشية في حفرة الجليد: كيف تجد الحياة المتطرفة طريقها في القطب الشمالي

بطيئات المشية ، الملقب بالدببة المائية أو الخنازير الطحلبية ، يبلغ طولها أقل من 1 مم ويمكن أن تدخل في الكريبتوبيوز لتحمل الظروف القاسية. الصورة: مكتبة الصور العلمية - ستيف جشميسنر / غيتي إيماجز

بطيئات المشية ، الملقب بالدببة المائية أو الخنازير الطحلبية ، يبلغ طولها أقل من 1 مم ويمكن أن تدخل في الكريبتوبيوز لتحمل الظروف القاسية. الصورة: مكتبة الصور العلمية - ستيف جشميسنر / غيتي إيماجز

تقدم الكائنات الحية الصغيرة الملقبة بالدببة المائية أدلة على وجود كائنات فضائية محتملة ، لكن المناخ المتغير يعني أن موطنها يواجه مستقبلاً غير مؤكد

آخر تعديل في السبت 17 أكتوبر 2020 16.07 بتوقيت جرينتش

عندما نشق طريقنا عبر الصفائح الجليدية في جرينلاند ، أنظر حولي. نحن محاطون بالعديد من الثقوب السوداء الصغيرة ، يبلغ قطر بعضها بضعة سنتيمترات فقط ، والبعض الآخر يصل عرضه إلى 4-8 بوصات (10-20 سم). مع تقدمنا ​​، نلاحظ أن المزيد والمزيد من الثقوب تظهر بطريقة سحرية ، وأن حوافها تتمايز بشكل متزايد. يطلق عليهم ثقوب كريوكونيت.

تنتشر هذه الثقوب الأسطوانية عبر سطح الجليد الجليدي ، وهي واحة للحياة ، والمكان الوحيد الذي تنمو فيه الحياة على القمم الجليدية القطبية. على الرغم من أن المياه المحيطة بالقارة القطبية الجنوبية هي موطن لأشكال الحياة الوفيرة ، إلا أن هناك القليل جدًا من الحياة على اليابسة نفسها - ضع في اعتبارك أنها تغطي مساحة هائلة ، تبلغ مرة ونصف حجم الولايات المتحدة. لديها أكبر احتياطي للمياه العذبة على الكوكب بأسره (70٪ من المياه العذبة في العالم) ولكنها ليست مضيافة. يمكن أن تنخفض درجات الحرارة إلى -89 درجة مئوية (-129 فهرنهايت) ، وهو أدنى مستوى تم تسجيله على الإطلاق على الأرض ، وتهب الرياح - "الصاروخ" قد يكون أكثر دقة - بسرعات تصل إلى 155 ميلاً في الساعة (250 كم / ساعة). لا تختلف غرينلاند كثيرًا: فكل أشكال الحياة في الجزيرة محصورة في المستوطنات الحضرية القليلة على طول الساحل.

نلاحظ هذه الهياكل الجليدية والهندسية. بالنظر من خلال المياه التي تملأها ، نرى شيئًا مظلمًا في القاع. إنه كريوكونيت ، وهو عبارة عن حمأة مصنوعة من الغبار والمخلفات والطحالب والبكتيريا ، وهي موجودة ليس فقط في القطب الشمالي والقطب الجنوبي ولكن أيضًا في كندا والتبت وجبال الهيمالايا. يتجمع في هذه الثقوب لأن المخلفات تمتص الإشعاع الشمسي ، مما يؤدي إلى تدفئة الجليد المحيط به ويذوبه. أحد الأشياء الأولى والأكثر روعة التي يجب ملاحظتها حول هذه المخلفات هي أنها ليست فقط من كوكب الأرض: فقد أظهرت الدراسات أن كل 2 رطل (أقل من 9 كجم) من كريوكونيت تحتوي على ما يقرب من 0.35 أوقية (10 جرام) من الرمال ذات الأصل الأرضي وحوالي 800 "الكرات الكونية" (التي تنشأ من المذنبات أو الكويكبات أو الغبار بين النجوم) و 200 نيزك صغير مصهور جزئيًا.

حوض مائي مع كريوكونيت على نهر بيترمان الجليدي. تتجمع الأنقاض المظلمة - الطين والصخور وأجزاء من النيازك والتلوث البشري في أكوام على الجليد - نظرًا لأنها مظلمة ، فإنها تجذب الحرارة ، وفي النهاية تذوب ثقوبًا أنيقة في النهر الجليدي. تصوير: ديف والش / فولكس فاجن بيكس / يونيفرسال إيمدجز جروب عبر جيتي إيماجيس

الأمر الأكثر إثارة للإعجاب هو حقيقة أنه لم يكن أحد يعلم بوجودها حتى قبل قرن ونصف. كان نيلز أدولف إريك نوردنسكيولد أول من وصفهم ، وهو نفس الرجل الذي أبحر لاحقًا من جوتنبرج على متن سفينة فيجا ، ووصل إلى مضيق بيرينغ عبر السواحل الشمالية لأوروبا وآسيا ، وافتتح الممر الشمالي الشرقي الشهير. كان ذلك في عام 1870 ، وكان الجيولوجي (كان يحمل الجنسيتين الفنلندية والسويدية) ومستكشف القطب الشمالي أول من نشر وصفًا تفصيليًا لثقوب الذوبان الأسطوانية التي شهدها في الجليد.

عندما نظرت إلى الحفرة وأنفي على بعد سنتيمترات فقط منها ، أتأمل في عناد الطبيعة وقدرتها على مفاجأتنا ، من طيور البطريق التي تعبر شبه جزيرة أنتاركتيكا لتضع بيضها فقط (في حين أنها عادة لا تترك إمداداتها الغذائية على الساحل أبدًا. ) للكائنات الدقيقة مثل تلك التي صادفتها ، وكائنات أخرى بأسماء تبدو مباشرة من سيد الخواتم الديدان المستديرة ، أو فصيلة النيماتودا - التي يعتمد بقاؤها على حفرها في الجليد. إن قدرة بعض سكان الثقوب الذائبة على التكيف مع هذه البيئة الطبيعية والتطور في ظل هذه الظروف القاسية تجعلهم مرشحين مثاليين لدراسة الحياة خارج كوكب الأرض.

في أوائل عام 2016 ، في الواقع ، تمكنت مجموعة من العلماء اليابانيين من "إنعاش" اثنين من الحيوانات المجهرية التي كانت في حالة سبات لأكثر من 30 عامًا في عينات الجليد التي تم جمعها في القطب الجنوبي. نعم ، لقد كانوا في حالة سبات منذ يوم رونالد ريغان (6 نوفمبر 1983 ، على وجه الدقة) ، و "استيقظوا" من نومهم الطويل في 7 مايو 2014 ، في عالم من الهواتف الذكية والشبكات الاجتماعية. كانت الحيوانات المعنية Acutuncus Antarcticus، نوع من بطيئات المشية - مخلوق مجهري (طوله حوالي 0.5 مم) له ثمانية أرجل ، أربعة إلى ثمانية مخالب على كل ساق ، ومظهر غريب (مثل حيوان ثديي صغير مع فروه).

أصبحت بطيئات المشية أيضًا إحساسًا حقيقيًا على الإنترنت في وقت متأخر من الدببة المائية أو الخنازير الطحلبية. لماذا هم مشهورون جدا؟ لأن بطيئات المشية تشبه إلى حد ما أبطال ألعاب الفيديو - يمكنك تجميدها ، وغليها ، وسحقها ، وتجويعها ، وتستمر في العودة إلى الحياة. لا توجد طريقة لقتلهم! لا يمكن أن يكون هناك مرشح أفضل لثقب كريوكونيت. تعد دببة الماء واحدة من أكثر الكائنات الرائعة في العالم من حيث الطريقة التي يمكن أن تتكيف بها مع البيئات القاسية. يمكنك العثور عليها ، على سبيل المثال ، في أعمق خنادق المحيط أو الصحاري الأكثر سخونة ، في قمم جبال الهيمالايا المتجمدة وفي القارة القطبية الجنوبية. لقد نجحوا في البقاء على قيد الحياة بعد الديناصورات وهم شديدو الصلابة لدرجة أنهم يستطيعون البقاء على قيد الحياة في بيئات خارج كوكب الأرض بالإضافة إلى البيئات التي تغلي وتتجمد.

صورة مجهرية لبطيئات المشية. الصورة: Thomas Boothby / AP

تمكنت الحيوانات "المفككة" في التجربة اليابانية من البقاء على قيد الحياة من خلال cryptobiosis ، وهي عملية تؤدي إلى إبطاء عملية التمثيل الغذائي لديها إلى 0.01 ٪ من الوظيفة الطبيعية. (تخيل أن معدل ضربات قلبك ينتقل من 60 نبضة في الدقيقة إلى واحدة فقط كل دقيقتين!) أثناء الإصابة بالتشفير ، يتم إطلاق كل الماء في الجسم ويتدحرج الحيوان في شكل كرة صغيرة غير قابلة للتدمير (يتم أحيانًا استبدال الماء في أجسامهم مع نوع من التجمد الطبيعي). التخلص من الماء هو الأولوية الرئيسية لأنه يقيهم ، على سبيل المثال ، من أي تلف خلوي ناتج عن التجميد.

وصف العلماء اليابانيون خاصية أخرى أكثر إثارة للدهشة من بطيئات المشية. تمكن أحد الحيوانين (بعد "إذابته") من التكاثر. إليكم ما حدث: الحيوانان - اللذان أطلق عليهما فريق البحث اسم Sleeping Beauty 1 و Sleeping Beauty 2 (SB-1 و SB-2) - وُضعا في بئرين منفصلين على طبق بتري لتتم مراقبتهما وإطعامهما. ثم تم العثور على بيضة مع تقدم التجربة. وضعه الباحثون في بئر آخر وأطلقوا عليه اسم SB-3. أضافوا إلى كل بئر أجار (مادة شبيهة بالهلام تستخدم في البيولوجيا الجزيئية) ، والمياه المعبأة وطحالب الكلوريلا (التي تحتوي على الكلوروفيل). تم استبدال المكونات أسبوعيا. تم العثور على المزيد من البيض على مدار الوقت ، وكلها فقس بأمان.

وجهت نظري إلى قاع الثقوب مرة أخرى ، مفتونًا ، على الرغم من عدم وجود القليل مما يمكن رؤيته بالعين المجردة. بطيئات المشية ليست وحدها في ثقوب كريوكونيت. يتشاركون الموطن مع كائنات أخرى رائعة بنفس القدر ، وهو فرق كبير بين القارة القطبية الجنوبية وجرينلاند. في السابق ، يمكن أن تقاوم الأوكار الجليدية لسنوات ، حيث تأتي عبر الفصول سليمة وتصبح نوعًا من أرض اختبار مصغرة للحياة القاسية. يمنع الغطاء الجليدي أشعة الشمس من الوصول إلى قاع الثقوب الأسطوانية ، مما يؤدي إلى عدم حدوث عملية التمثيل الضوئي.

يعتمد وجود نوع مختلف من الحياة عما نعرفه على عملية تُعرف باسم التخليق الكيميائي البكتيري. على عكس التمثيل الضوئي ، فإنه يستغل الطاقة المتولدة في التفاعلات الكيميائية لإنتاج مواد عضوية. بعبارة أكثر بساطة: هذه المخلوقات مستقلة تمامًا ومكتفية ذاتيًا ، وتعيش حياة سلمية في عزلة تامة. بناءً على الدراسات الحديثة ، يمكن اعتبار العوامل البيئية في هذه المناظر الطبيعية وفي مناطق القطب الشمالي والقطب الجنوبي هذه الأقرب إلى ما نعتقد أن الحياة ستكون عليه على الكواكب الأخرى. تعتبر الأنهار الجليدية ، وخاصة القمم الجليدية القطبية ، من أكثر البيئات قسوة على كوكبنا ، ليس فقط بسبب البرد والعزلة ، ولكن أيضًا بسبب المستويات العالية من الأشعة فوق البنفسجية ، مما يجعلها تشبه الكواكب أو الأقمار الجليدية.

سيكون أحد هذه الأجرام المريخ ، أو الأجرام السماوية الجليدية الأخرى مثل يوروبا ، وهو قمر صناعي لكوكب المشتري. يوروبا (اكتشفه جاليليو جاليلي في عام 1610) أصغر قليلاً من القمر ويتكون في الغالب من صخور السيليكات مع قشرة جليد مائي. تشبه النظم الميكروية البيولوجية الموجودة في الجليد "المختبرات الطبيعية" التي تساعدنا على فهم أشكال الحياة الفضائية. هذا ما يجعلها مهمة جدًا لعلم الأحياء الفلكي - فرع العلم الذي يدرس الحياة (أو إمكانية الحياة) في عوالم أخرى.

قياس كريوكونيت على نهر لونجييربين الجليدي في سفالبارد. تصوير: Jevgeni Grudkin / Kertu Liis Krigul / WikiCommons

أتوقف للحظة لأتأمل السماء. عندما ننظر إلى النجوم ليلاً ، مفتونين بالكون المجهول فوقنا ، قد نتساءل غالبًا عما إذا كانت هناك حقًا حياة في الأعلى (أو إلى الأسفل) هناك - شكل من أشكال الحياة مشابه لنا. على الأقل نعلم أنه في المرة القادمة التي ننظر فيها إلى النجوم بعيون علمية ، يمكننا الاعتماد على ما تعلمناه من هذه المخلوقات الشبيهة بالوحش ، والتي يتمثل سحرها الحقيقي بلا شك في الأسرار الأكبر التي لم تكشف عنها بعد - الأسرار التي تربط نحن جميعًا على هذا الكوكب الذي نتشاركه ، ونطفو في الكون المظلم جنبًا إلى جنب مع مليارات الكائنات الأخرى.

هذا ليس فكرتي الوحيدة ، مع ذلك. تعمل ثقوب Cryoconite على تسريع معدل ذوبان الجليد بسبب اللون الداكن للخليط الموجود بداخلها وزيادة الطاقة الشمسية التي تمتصها نتيجة لذلك. تتمتع الثقوب الغريبة بعمر محدود ، نظرًا للدور الذي يلعبه الماء. على سبيل المثال ، كلما زاد ذوبان الجليد ، يمكن أن تتكاثر الحياة بداخلها - ولكن عندما يبدأ النهر الجليدي الذي تشكلت فيه الثقوب في الذوبان ، فإن الحياة المتكاثرة بداخلها ستزول بفعل تيار المياه الذائبة ، وستختفي الثقوب. . هذا هو المكان الذي يلعب فيه تغير المناخ أيضًا دورًا: فكلما زاد ذوبان الأنهار الجليدية ، زادت صعوبة بقاء الثقوب المتجمدة. وستصبح أشكال الحياة المكتشفة داخلها أكثر ندرة. بدلاً من ذلك ، قد يكون كلما زاد ذوبان المياه ، كلما تكاثرت الثقوب. الجواب على هذا اللغز هو لغز آخر يجب حله.

الجليد: حكايات من قارة آخذة في الاختفاء ، كتبها ماركو تيديسكو وألبرتو فلوريس داركيس ، متاحة من العنوان الرئيسي


يأتي جزء كبير من جينوم بطيئات المشية من الحمض النووي الغريب

صورة مجهرية خفيفة من بطيئات المشية. الائتمان: سنكلير ستامرز

قام باحثون من جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل بتسلسل جينوم بطيئات المشية غير القابلة للتدمير تقريبًا ، وهو الحيوان الوحيد المعروف أنه نجا من البيئة القاسية للفضاء الخارجي ، ووجدوا شيئًا لم يتوقعوه أبدًا: الحصول على جزء كبير من جينومهم - ما يقرب من سدس أو 17.5 في المائة - من الحمض النووي الأجنبي.

قال المؤلف المشارك بوب غولدشتاين ، عضو هيئة التدريس في قسم الأحياء في كلية الآداب والعلوم بجامعة كارولينا الشمالية: "لم تكن لدينا أي فكرة عن أن جينوم الحيوان يمكن أن يتكون من الكثير من الحمض النووي الأجنبي". "كنا نعلم أن العديد من الحيوانات تكتسب جينات غريبة ، لكن لم يكن لدينا أي فكرة عن حدوث ذلك إلى هذه الدرجة."

العمل ، الذي نشر اليوم في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، لا يطرح فقط السؤال حول ما إذا كانت هناك صلة بين الحمض النووي الغريب والقدرة على البقاء في البيئات القاسية ، بل يمتد أيضًا إلى وجهات النظر التقليدية حول كيفية وراثة الحمض النووي.

كشف المؤلف الأول توماس بوثبي ، وغولدشتاين ومعاونوهما أن بطيئات المشية تكتسب حوالي 6000 جين غريب بشكل أساسي من البكتيريا ، ولكن أيضًا من النباتات والفطريات والعتائق ، من خلال عملية تسمى نقل الجينات الأفقي - تبادل المواد الجينية بين الأنواع بدلاً من وراثة الحمض النووي. حصريا من أمي وأبي. في السابق ، كان حيوان مجهري آخر يُدعى rotifer هو صاحب الرقم القياسي لامتلاكه أكثر الحمض النووي غريبًا ، لكن لديه حوالي نصف ما يمتلكه بطيئات المشية. للمقارنة ، تمتلك معظم الحيوانات أقل من واحد بالمائة من جينومها من الحمض النووي الغريب.

قال بوثبي ، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر غولدشتاين: "الحيوانات التي يمكنها تحمل الضغوط الشديدة قد تكون عرضة بشكل خاص لاكتساب جينات غريبة - وقد تكون الجينات البكتيرية أكثر قدرة على تحمل الضغوط أكثر من الجينات الحيوانية". بعد كل شيء ، نجت البكتيريا من أكثر بيئات الأرض قسوة لمليارات السنين.

يتكهن الفريق أن الحمض النووي يدخل الجينوم بشكل عشوائي ، لكن ما يتم الاحتفاظ به هو ما يسمح للبطيئات البقاء على قيد الحياة في أقسى البيئات ، على سبيل المثال ضع جهازًا بطيئًا في مجمد - 80 درجة مئوية لمدة عام أو 10 وسيبدأ في الدوران في غضون 20 دقيقة بعد الذوبان.

هذا ما يعتقده الفريق أنه يحدث: عندما تكون بطيئات المشية تحت ظروف إجهاد شديد مثل الجفاف - أو حالة من الجفاف الشديد - يعتقد بوثبي وجولدشتاين أن الحمض النووي لبطيئات المشية ينقسم إلى قطع صغيرة. عندما يتم ترطيب الخلية ، يصبح غشاء الخلية ونواة الخلية ، حيث يوجد الحمض النووي ، يتسربان مؤقتًا ويمكن للحمض النووي والجزيئات الكبيرة الأخرى المرور بسهولة. لا تستطيع بطيئات المشية فقط إصلاح الحمض النووي التالف الخاص بها مع إعادة ترطيب الخلية ولكن أيضًا غرز الحمض النووي الغريب في هذه العملية ، مما يخلق فسيفساء من الجينات التي تأتي من أنواع مختلفة.

قال بوثبي: "نفكر في شجرة الحياة ، حيث تنتقل المادة الوراثية عموديًا من الأم والأب". "ولكن مع قبول نقل الجينات الأفقي على نطاق واسع ومعروف بشكل أكبر ، على الأقل في بعض الكائنات الحية ، فقد بدأنا في تغيير الطريقة التي نفكر بها في تطور ووراثة المواد الجينية واستقرار الجينومات. لذا بدلاً من التفكير في الشجرة من الحياة ، يمكننا التفكير في شبكة الحياة وعبور المواد الجينية من فرع إلى فرع. لذا فهو مثير. لقد بدأنا في تعديل فهمنا لكيفية عمل التطور. "


عالم أمريكي

أجبت أن بطيئات المشية هي حيوانات مائية مجهرية توجد في كل مكان على وجه الأرض.

الشكل 1. في هذه الصورة المجهرية الإلكترونية الملونة (EM) ، التي تشبه الديوراما المتحفية ، تظهر بطيئات المشية من تحت ورقة طحلب للبحث عن طعام أو رفيق. يتم إنتاج الكهرومغناطيسية عن طريق وضع طبقة من المعدن الجزيئي على عينة. تعطي التكنولوجيا إحساسًا زائفًا "بإخفاء" بطيئات المشية. في الواقع ، تكون بطيئات المشية شفافة وتعرض مجموعة متنوعة من الألوان - الأبيض والأخضر والبرتقالي والأحمر. في البيئات الدقيقة التي يصنعها الماء الذي يتماسك في شقوق الطحالب والأشنات بسبب التوتر السطحي ، تزدهر بطيئات المشية عن طريق التغذية على الكائنات الحية الأصغر وامتصاص المحتويات من الخلايا النباتية. عالمهم الرطب عابر ، واستجابة لذلك طورت بطيئات المشية مجموعة من الاستراتيجيات القائمة على تحريض cryptobiosis - تعليق التمثيل الغذائي عن طريق التجفيف أو التجميد. في حالتها الحيوية المشفرة ، سواء كانت مجففة أو مجمدة ، فهي متينة بشكل مذهل. هذه الكائنات الحية تعيش في ظروف قاسية - من درجة الحرارة والضغط والإشعاع - لدرجة لا مثيل لها في الطبيعة.

عين العلم / باحثو الصور

تعيش الأنواع الأرضية في المناطق الداخلية من الرطوبة من الطحالب والأشنة وفضلات الأوراق والتربة توجد أنواع أخرى في المياه العذبة أو المالحة. تُعرف عادةً باسم دببة الماء ، وهو اسم مشتق من تشابهها مع الباندا ذات الثمانية أرجل. يسميها البعض خنازير الطحالب وقد تمت مقارنتها أيضًا بوحيدين الأقزام والأرماديلوس. عند رؤيتها ، يقول معظم الناس أن بطيئات المشية هي اللافقاريات اللطيفة.

في وقت من الأوقات ، كانت الدببة المائية مرشحة لتكون الكائن الحي النموذجي الرئيسي لدراسات التنمية. هذا الدور الآن هو الأكثر بروزًا من قبل الدودة المستديرة أنواع معينة انيقة، موضوع الدراسة للعديد من الباحثين المتميزين الذين تبعوا في المسار الذي افتتحه سيدني برينر الحائز على جائزة نوبل ، والذي بدأ العمل على C. ايليجانس في عام 1974. تقدم دببة الماء نفس الفضائل التي صنعت C. ايليجانس قيمة للغاية للدراسات التنموية: البساطة الفسيولوجية ، دورة تكاثر سريعة وخطة تنمية دقيقة عالية النمط. قد تحب بعض الأنواع ايليجانس ، يكون eutelic، مما يعني أن الكائنات الحية تحتفظ بنفس العدد من الخلايا خلال تطورها. تحتوي بطيئات المشية على أكثر من 1000 خلية في مكان ما. أنا وآخرون نستخدم الدببة المائية كنموذج حي تعليمي لتعليم مجموعة واسعة من المبادئ في علوم الحياة.

تتميز بطيئات المشية بأنها شبه شفافة ويبلغ طولها حوالي نصف ملليمتر (500 ميكرومتر) ، أي حجم الفترة في نهاية هذه الجملة. في الضوء المناسب يمكنك رؤيتها بالعين المجردة. لكن الباحثين الذين يعملون مع بطيئات المشية يرونها كما تظهر من خلال مجهر تشريح بقوة تكبير تتراوح بين 20 و 30 قوة — كحيوانات مصغرة جذابة.

تنطلق معظم اللافقاريات الصغيرة بشكل محموم. تتحرك بطيئات المشية ببطء لأنها تتسلق على أجزاء من الحطام. تم تسميتهم لأول مرة بطيئات المشية في الإيطالية من اللاتينية التي تعني "المشي البطيء". تمشي بطيئات المشية على أرجل قصيرة وقصيرة تقع تحت أجسامها ولا تلتصق بالجوانب. تدفعهم هذه الأرجل القوية بشكل متهور ومتعمد بشأن موطنهم.

تحتوي بطيئات المشية على خمسة أقسام للجسم ، ورأس محدد جيدًا وأربعة أجزاء من الجسم ، لكل منها زوج من الأرجل مزودة بمخالب. تختلف المخالب في الأنواع المختلفة من الدببة المألوفة إلى حفنة من الأسلحة المعلقة في العصور الوسطى بشكل غريب. يتم ربط الأرجل الخلفية إلى الوراء ، في تكوين لا يشبه أي حيوان آخر. تستخدم هذه الأرجل في الإمساك بالألعاب البهلوانية والحركة البطيئة بدلاً من المشي.

الشكل 2. مظهر بطيئات المشية ليس جانبها الوحيد الذي يذكرنا بالحيوانات الكبيرة. صورة مجهر ضوئي للطرف الأمامي من بطيئات المشية (اليسار ) تُظهر الدعامات الفموية ، والدعامات التي تساعدهم على تغذية الجهاز الشدق ، وجزء من الجهاز الهضمي والبلعوم في الجزء العلوي من الجهاز الهضمي. مقطع عرضي لدب مائي عام (حق ) يوضح المواضع النسبية لأجهزة الأعضاء. تنقص الدورة الدموية والجهاز التنفسي. في هذا النطاق الصغير ، يكون تجويف hemocoel المفتوح كافيًا لتوزيع الأكسجين والمغذيات عبر الكائن الحي.

د. ديفيد ج. باترسون / Photo Researchers. رسم توضيحي في الأسفل بواسطة توم دن ، مقتبس من شخصية للمؤلف.

داخل هذه الوحوش الصغيرة ، نجد تشريحًا ووظائف مماثلة لتلك الموجودة في الحيوانات الكبيرة ، بما في ذلك القناة الهضمية الكاملة والجهاز الهضمي. تؤدي أجزاء الفم والبلعوم المص إلى المريء والمعدة والأمعاء والشرج. هناك عضلات متطورة ولكن فقط مناسل واحدة. تمتلك بطيئات المشية دماغًا ظهرًا فوق جهاز عصبي بطني مزدوج. (يمتلك البشر دماغًا ظهرًا وجهازًا عصبيًا ظهرانيًا واحدًا.) تجويف جسم بطيئات المشية عبارة عن تجويف مفتوح يلامس كل خلية ، مما يسمح بالتغذية الفعالة وتبادل الغازات دون الحاجة إلى الدورة الدموية أو الجهاز التنفسي.

يقسم علماء التصنيف الحياة على الأرض إلى ثلاثة مجالات: البكتيريا ، والعتائق (خط قديم من الخلايا البكتيرية بدون نوى والتي من المحتمل أن تكون أقرب من الناحية التطورية إلى الكائنات الحية ذات الخلايا النواة منها إلى البكتيريا) ، و Eukarya. تنقسم Eukarya إلى أربع ممالك: Protista و Plantae و Fungi و Animalia. Phylum Tardigrada هي واحدة من 36 شعبة (تقريبًا ، اعتمادًا على من يسأل المرء) داخل Animalia - مما يجعل الماء يحمل فرعًا مميزًا بشكل ملحوظ على شجرة الحياة.

يتم تغليف بطيئات المشية بقشرة صلبة ولكن مرنة يجب التخلص منها مع نمو الكائن الحي. وهكذا تم وضعها بين الشُعَب الموجودة على خط التطور ecdysozoa بين الحيوانات مثل الديدان الخيطية والمفصليات التي تتخلص أيضًا من بشرة لتنمو.

تنمو الحيوانات بإحدى الطريقتين ، عن طريق إضافة المزيد من الخلايا أو عن طريق جعل كل خلية أكبر. عادة ما تقوم بطيئات المشية بعمل هذا الأخير. إذا كان الحيوان لديه بشرة صلبة أو هيكل خارجي ، فيجب أن يكسر من تلك القشرة لينمو. على سبيل المثال ، في الصيف في أجزاء كثيرة من العالم ، يصادف المرء الهياكل الخارجية المتساقطة للجراد على الأشجار في كل مكان.

تنقسم بطيئات المشية إلى فئتين ، Eutardigrada و Heterotardigrada. كقاعدة عامة ، يمتلك أعضاء Eutardigrada بشرة عارية أو ملساء بدون ألواح ، بينما تتميز Heterotardigrada بشرة مدرعة بألواح.

عملاء صعبون

الميزة الأكثر شهرة في بطيئات المشية هي قدرتها الغاشمة والعنيدة على البقاء في ظروف قاسية بشكل مذهل. قبل بضع سنوات ، عرضت شبكة Discovery كوكب الحيوان بثت قصة عد تنازلي حول أكثر المخلوقات وعورة على وجه الأرض. توجت بطيئات المشية بأنها "الأكثر خطورة" على قيد الحياة ، حيث تصدرت طيور البطريق في القطب الجنوبي البارد ، والجمال في فرن الصحراء الجاف ، والديدان الأنبوبية في الهاوية وحتى الصرصور الأسطوري المستمر.

الشكل 3. بطيئات المشية (اليسار ) كانوا لفترة من الوقت يعتبرون منافسين مع الدودة المستديرة أنواع معينة انيقة (حق ) وذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة ميلانجستر باعتبارها الكائنات الحية النموذجية الرئيسية اللافقارية. لعبت بطيئات المشية هذا الدور بشكل أقل على مر السنين ، ولكن الاهتمام البحثي يتزايد حيث تسمح أدوات البحث الجيني الجديدة بفحص أعمق لمتانتها الشديدة وقدرتها على التكيف استجابة للظروف البيئية المتغيرة. بطيئات المشية هي الحيوانات المفترسة للديدان الخيطية مثل C. ايليجانس . تحت المجهر ، يواجه باحثو بطيئات المشية أحيانًا دبًا مائيًا يلتقط نيماتودا حول الوسط. تتلوى الديدان الخيطية بشدة في جميع أنحاء الطبق ، مع بطيئات المشية معلقة مثل متسابق برونكو ، حتى تستسلم الديدان الخيطية المجففة.

الصورة مقدمة من بوب غولدشتاين وفيكي مادن من جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل.

لكن البقاء على قيد الحياة المفرط ينطبق فقط على بعض أنواع بطيئات المشية الأرضية. لم تطور بطيئات المشية البحرية والمائية هذه الخصائص لأن بيئاتها مستقرة. يبدو أن تكيفات البقاء الباهظة قد تم اختيارها كاستجابة مباشرة للتغير السريع في البيئات الأرضية الدقيقة للنباتات الرطبة المعرضة للجفاف السريع والطقس القاسي.

تمتلك بطيئات المشية الأرضية ثلاث حالات أساسية للوجود: نشيط، داء الأكسجين و كريبتوبيوسيس. في الحالة النشطة ، يأكلون ، وينمون ، ويقاتلون ، ويتكاثرون ، ويتحركون ، ويطبقون الروتين الطبيعي للحياة. يحدث Anoxybiosis استجابة لانخفاض الأكسجين. بطيئات المشية حساسة جدا لتوتر الأكسجين. يؤدي الاختناق المطول إلى فشل الضوابط التنظيمية التي تنظم ماء الجسم ، مما يتسبب في انتفاخ بطيئات المشية مثل رجل ميشلان وتطفو حولها لبضعة أيام حتى يجف موطنها ويمكنها استئناف الحياة النشطة.

Cryptobiosis هو حالة استقلابية عكسية - تعليق التمثيل الغذائي - تمت مقارنتها حتمًا بالموت والقيامة. في كريبتوبيوسيس ، الناجم عن الجفاف الشديد ، يكون النشاط الأيضي مشلولًا بسبب عدم وجود الماء السائل. الدببة المائية الأرضية ليست سوى حيوانات مائية تعيش داخل طبقة من الماء توجد في موائلها الأرضية. توفر الطحالب والأشنات موائل تشبه الإسفنج تتميز بعدد لا يحصى من الجيوب الصغيرة من الماء ، وتجف هذه الموائل ببطء ، مثل الإسفنج. عندما تفقد محيطها الماء ، تجف بطيئات المشية معها. ليس لديها خيار. يفقد المخلوق ما يصل إلى 97 في المائة من رطوبة جسمه ويتلاشى في بنية تبلغ حوالي ثلث حجمها الأصلي ، ويسمى تون. في هذه الحالة ، شكل من أشكال cryptobiosis يسمى anhydrobiosis - يعني الحياة بدون ماء - يمكن للحيوان أن يعيش أي شيء تقريبًا.

الشكل 4. طورت بطيئات المشية مجموعة من تكتيكات البقاء على قيد الحياة للهروب من تقلبات بيئاتها المحلية والضعيفة. يعتبر Anoxybiosis و encystment ، الموصوفين في الجزء العلوي من هذا الشكل ، استجابات قد يراها المرء في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. يُظهر النصف السفلي من الرسم البياني ثلاث حالات من كريتوبيوسيس ، حيث يتم تعليق عملية التمثيل الغذائي - وهو عمل عادة ما يشخص الموت. يحدث Cryobiosis استجابةً للتجميد ، وداء اللامائى استجابةً للتجفيف. خلال هذا الأخير ، يتخلى الكائن الحي عن مياهه الداخلية ليصبح حبيبة مجففة. كلاهما يؤدي إلى تكوين حالة منكمشة دائمة تسمى أ تون . نادرًا ما يتم إنشاء تون لمقاومة الاعتداء الأسموزي الذي يتطلب الماء. في حالة الترنح ، يمكن أن تعيش بطيئات المشية لسنوات عديدة ، منيعًا إلى التطرف بعيدًا عن تلك التي تصادفها في بيئاتها الطبيعية.

رسم لتوم دن.

خضعت بطيئات المشية تجريبياً لدرجات حرارة 0.05 كلفن (-272.95 درجة مئوية أو الصفر المطلق الوظيفي) لمدة 20 ساعة ، ثم تم تسخينها وترطيبها وإعادتها إلى الحياة النشطة. لقد تم تخزينها في درجة حرارة -200 درجة مئوية لمدة 20 شهرًا وبقيت على قيد الحياة. لقد تعرضوا إلى 150 درجة مئوية ، أعلى بكثير من نقطة غليان الماء ، وتم إحيائهم. لقد تعرضوا لأكثر من 40.000 كيلو باسكال من الضغط وتركيزات زائدة من الغازات الخانقة (أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وثاني أكسيد الكبريت) ، ومع ذلك عادوا إلى الحياة النشطة. في حالة الكريبتوبيوتيك ، نجت الحيوانات حتى من حرق الأشعة فوق البنفسجية في الفضاء.

إن تحدي الطلاب العلماء للتفكير في المتانة المذهلة لبطيئات المشية يجلب فهمهم للفيزياء والكيمياء والبيولوجيا إلى اللعب. يتذكرون أن الماء يتمدد عندما يقترب من نقطة التجمد ، وهذا هو السبب في أن الجليد يطفو. عند 4 درجات مئوية ، يمارس تمدد الماء قوة كافية لتقسيم الصخور وتمزيق الأوعية المعدنية وتفجير الخلايا الحية. تحتوي الخلية على أكثر من 95 بالمائة من الماء. إن قوى التمزق والجراثيم الجليدية التي تتشكل في الخلايا المجمدة هي نفسها التي تسبب لدغة الصقيع.

تعتبر سمات بقاء بطيئات المشية مناسبة تمامًا للكائن الحي الذي يجعل موطنه في الطحالب والأشنات (الطحالب) ، والتي توفر لهم طبقة رقيقة من الحماية. تخضع الطحالب للظواهر البيئية المتطرفة التي تتعرض لها كوكب مغمور بالإشعاع الشمسي. قد يتلقون فترات متفاوتة من التعرض المباشر للأشعة فوق البنفسجية ولا يبتعدون عن الجفاف مع تغير الظروف المحيطة.

ارتجل وتكيف وتغلب

تُظهر بطيئات المشية استجابات مختلفة بشكل واضح ، مجمعة تحت الاسم العام للتشفير ، لمصادر مختلفة من الإجهاد. يؤدي داء اللاهيدروبيوسيس و كريوبيوسيس إلى تكوين نغمات ، لكنها ليست متكافئة - إنهما آليتان مختلفتان للحماية من الاعتداءات البيئية المختلفة.

الشكل 5. تفتقر Eutardigrades إلى الدروع ، والتي يبدو أنها لم تفعل شيئًا يذكر لمنع نجاحها التطوري. تم العثور على eutardigrades أكبر - مثل تلك من جنس Macrobiotus (كما هو موضح أعلاه في الشكل النشط والحالة التوليفية) - في العديد من الموائل ، حيث تستهلك بطيئات المشية الأصغر وكذلك الديدان الخيطية والدوارات. تشير شهيتهم الكبيرة للديدان الخيطية (قد تستهلك الكثير يوميًا) ، ودورها المسيطر الناتج على مجموعة الديدان الخيطية ، إلى دور مهم في الشبكة الغذائية لطيبات المشية على النطاق الصغير.

عين العلم / باحثو الصور

يعتبر داء اللاهيدروبيوسيس (Anhydrobiosis) - المعلق الأيضي الناجم عن الجفاف شبه الكامل - حالة شائعة عند بطيئات المشية ، والتي قد تدخل عدة مرات في السنة. للبقاء على قيد الحياة خلال عملية الانتقال ، يجب أن تجف دببة الماء ببطء شديد. يتشكل اللحن عندما يسحب الحيوان ساقيه ورأسه ويتجعد في شكل كرة ، مما يقلل من مساحة السطح. عندما يتم تسليم كل المياه الداخلية تقريبًا ، تكون بطيئات المشية في حالة جافة من الرسوم المتحركة المعلقة. يبدو الأمر كما لو أن الحيوان يحافظ على نفسه من خلال أن يصبح مسحوقًا يتكون من مكونات الحياة. عند إعادة الترطيب بالندى أو المطر أو ذوبان الجليد ، يمكن أن تعود بطيئات المشية إلى حالتها النشطة في غضون بضع دقائق إلى بضع ساعات.

في cryobiosis ، وهو شكل آخر من أشكال cryptobiosis ، يخضع الحيوان للتجميد ولكن يمكن إحياءه. تؤدي أي درجة حرارة أقل من نقطة تجمد السيتوبلازم الخلوي إلى تثبيط الحركة الجزيئية وبالتالي توقف عملية التمثيل الغذائي. من المتوقع أن تتسبب درجات الحرارة شديدة التجمد في حدوث اضطرابات هيكلية إضافية ، إلا أن بطيئات المشية ، كما هو مذكور أعلاه ، نجت من أشد قشعريرة قشعريرة. يبدو من المحتمل أن يتم منح البقاء على قيد الحياة من خلال إطلاق أو تخليق المواد الواقية من التجمد. قد تتلاعب هذه العوامل بدرجة حرارة تجميد الأنسجة ، مما يؤدي إلى إبطاء العملية والسماح بانتقال منظم إلى كريوبيوسيس ، وقد يقمع نواة بلورات الجليد ، مما ينتج عنه شكل بلوري جليدي مناسب للإحياء اللاحق مع الذوبان.

يعتبر Osmobiosis استجابة للملوحة الشديدة ، والتي يمكن أن تسبب تورمًا تناضحيًا مدمرًا. تُظهر بعض بطيئات المشية تنظيمًا تناضحيًا فعالاً بشكل لافت للنظر ، مما يحافظ على الركود في مواجهة التدرجات التناضحية شديدة الانحدار. يهرب البعض الآخر عن طريق تكوين نغمة غير منفذة للنقل التناضحي.

في عام 2007 ، أصبحت بطيئات المشية أول حيوان متعدد الخلايا ينجو من التعرض للمحيط المميت للفضاء الخارجي. أطلق باحثون في أوروبا تجربة على مهمة BIOPAN 6 / Foton-M3 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية والتي عرّضت بطيئات المشية المشفرة مباشرة للإشعاع الشمسي والحرارة وفراغ الفضاء. بينما كانت السفينة التجريبية تدور حول 260 كيلومترًا فوق الأرض ، أطلق الباحثون فتح حاوية بداخلها نغمات بطيئات المشية وعرضوها للشمس. عندما أعيدت الألحان إلى الأرض وترطيبها ، تحركت الحيوانات وأكلت ونمت وتسلطت وتكاثرت. لقد نجوا. في صيف عام 2011 ، قام مشروع Biokis ، برعاية وكالة الفضاء الإيطالية ، بنقل بطيئات المشية إلى الفضاء على متن مكوك الفضاء الأمريكي سعي. تعرضت مستعمرات بطيئات المشية لمستويات مختلفة من الإشعاع المؤين. يتم الآن تقييم الضرر لمعرفة المزيد حول كيفية تفاعل الخلايا مع الإشعاع ، وربما كيف تقاوم خلايا بطيئات المشية الضرر الذي تسببه.

يقترح النجاة من الإشعاع الشديد وجود نظام فعال لإصلاح الحمض النووي في كائن حي نشط. يتطلب التنظيم الفعال للتناضح في الملوحة الشديدة عملية أيض قوية - التنظيم التناضحي في مواجهة الملوحة البيئية العالية مكلف للغاية من حيث الطاقة مع استمرار المعاملات الأيضية ، مما يتطلب ضخ الأيونات ضد التدرجات التناضحية والأيونية الحادة. وهكذا ، نرى في بطيئات المشية استجابتين متعارضتين للظواهر البيئية المتطرفة: الاستجابة السلبية للسكون في شكل cryptobiosis ، متوازنة من خلال الاستجابات المفرطة النشاط لإصلاح مثير للإعجاب للحمض النووي وتنظيم التناضح عالي الأداء. As practitioners of adaptive evolution, tardigrades are virtuosos.

Getting Around

Tardigrades have been discovered just about everywhere that anyone has looked, from the Arctic to the equator, from intertidal zones to the deep ocean, and even at the top of forest canopies. Their ubiquity is intimately linked to their survivorship. I am often asked how tardigrades manage to find their way to the canopy of towering trees. Most likely, wind carries them. In the tun state they are barely distinguishable from dust particles. But like spores, pollen and seeds, the tuns have a preference for where they land. Many microenvironments will be unsuitable habitats for freshly arrived tardigrades. Yet an unhappily placed tun can simply wait for a change in precipitation or perhaps a change in season. When conditions improve, life can begin again.

Figure 6. The armored Heterotardigrade of the genus Echiniscus in the active state (أعلى ) and in the cryptobiotic tun state (قاع ). The armor of these tiny predators contains chitin, the same material incorporated in the cuticle of insects. The armor may slow the process of drying. In drier environments, heterotardigrades are predictably represented in larger numbers than are naked species. The armor plates may supply some degree of protection to the vulnerable active form.

Images courtesy of the author.

Contributing to their success as travelers is the fact that many tardigrades of moss, lichen and leaf litter are parthenogenetic, able to produce eggs without mating, and in a few cases are hermaphroditic, able to self-fertilize. A lone tardigrade on an ill wind—active, tun or egg—may be able to establish a population where it lands if the habitat is suitable. We may be under tardigrade rain right now.

Figure 7. These images of tardigrade claws are magnified 3,000 to 5,000 times. Even at so fine a scale, structures have developed that are distinctive to each genus, suggesting adaptations for different lifestyles. Tiny hooks suitable for spearing tiny hors d’oeurves contrast with bristling claws seemingly optimized for a raking, tearing attack. Little studied, tardigrades are far from understood. The diversity of claw types may have roles in mating, tun formation and other tardigrade activities that have not yet been discovered.

Images courtesy of the author and Clark W. Beasley of McMurry University.

At present there are about 1,100 described species of water bears, but not all are valid. Some descriptions are repeats and some are just plain flawed. Around 1,000 species have been properly identified and described. We have about 300 marine, 100 freshwater and 600 terrestrial species. But the land species are much easier to find and have been pursued by many more researchers over many more years. Still, my students have discovered and described four new species so far, and we are working to confirm another half dozen, including one found on the campus of Baker University in Kansas, where I am a faculty member. We believe there is an abundance of species yet to be discovered, especially in the nonterrestrial environments.

Finding a New One

Last summer, the student who inquired at my office, Rachael Schulte, became an intern working on our National Science Foundation grant under the Research at Undergraduate Institutions (RUI) program designed to teach research by exploring and expanding the biodiversity of the phylum Tardigrada in North America.

Figure 8. A light-microscope image reveals the dorsal plates and cirri, cuticular extensions, of what one day could be known officially as Multipseudechiniscus raney أنا. While working with the author, Baker University undergraduate Rachael Schulte found the organism in samples her teacher had collected in California. They have submitted a paper describing the organism for publication.

Image courtesy of the author and Rachael Schulte.

After a couple of weeks of practice on lichen from local trees, Rachael had become proficient with the tools of the tardigrade trade—the dissecting scope, the wire Irwin loop, slide preparation, imaging, record keeping and identification to the level of genus. She was ready to work on actual research material, so we set her up with samples collected a couple of years before on a transect from more than 9,000 feet up in the Sierra Nevada Mountains down to Fresno, California.

Just a week later, she came to me with a finely made slide.

In 1983, Giuseppe Ramazzotti and Walter Maucci published the monograph The Phylum Tardigrada. It was translated from Italian into English by Clark Beasley in 1985. It is now 27 years out of date and includes only half of the described species. But it remains the reference of first resort. We started with the genus Pseudechinsicus. As I read the diagnostic questions in the key, Rachel worked the microscope to answer them.

The animal looked like Pseudechinsicus raneyi, as described by Gragrick, Michelic, and Schuster in 1964. We pulled up a copy of the paper from the files (we have PDF files of 95 percent of all tardigrade papers) and read. The description matched our animal. We then looked at the 1994 list of species, along with the relevant research papers and geographic distributions, prepared by McInnes. There were only two listings for our species—the original description from California and Schuster and Gragrick’s entry in their 1965 classic work on the western North American tardigrades, which added Oregon to Pseudechinsicus raneyi’s known range. Searching through the more recent literature in our database, Rachael discovered that I had also found the creature in Montana during my master’s work at the University of Montana, Missoula, in the late 1960s, although I did not publish the record until 2006. Now after 40 years we had a fourth record and a new location for an uncommon regional animal.

During our literature review, we learned that the genus was described by Gustav Thulin in 1911, who gave high taxonomic value to the presence of the pseudosegmental plate. Then in 1987, Kristensen revised the family Echinsicidae, redescribed the existing genera and added four new ones to the list. Because this occurred after our creature was described, we needed to confirm the genus assignment by reviewing its characteristics against the amended, more detailed description.

We started down the list of characteristics under the genus Pseudechiniscus I read the first line:

Our specimens did not match the description of the genus Pseudechinicus. So we checked the other generic descriptions within the family the same way and concluded that our specimens matched none of them. We now thought there were enough significant deviations from the existing descriptions to merit describing and naming a new genus.

Over the next several months we borrowed the original type specimen of Pseudechiniscus raneyi from the Bohart Museum at the University of California at Davis and confirmed that it was the same as our specimens. Rachael and I made images of the slides, measured multiple characteristics on each specimen and developed a comparative table. We checked and double checked our specimens. As we started to pass the draft of a manuscript back and forth, I asked Rachael whether she wanted to be a coauthor describing the new animal or to have it named after her.

Rachael presented a poster about the discovery at the November 2010 Sigma Xi International Meeting and Student Research Conference in Raleigh, North Carolina, with 250 other undergraduate researchers. The new genus of water bear is shown in Figure 8. Our manuscript reporting the find is under review at a peer-reviewed journal.


HOW DO THEY DO THAT?

The tardigrades are able to withstand such extreme conditions because they enter كريبتوبيوسيس status when conditions are unfavorable. It is an extreme state of anabiosis (decreased metabolism). According to the conditions they endure, the cryptobiosis is classified as:

    Anhydrobiosis: in case of environmental dehydration, they enter a “barrel status” because adopt barrel shaping to reduce its surface and wrap in a layer of wax to prevent water loss through transpiration. To prevent cell death they synthesize trehalose, a sugar substitute for water, so body structure and cell membranes remain intact. They reduce the water content of their body to just 1% and then stop their metabolism almost completely (0.01% below normal).

  • Cryobiosis: in low temperatures, the water of living beings crystallizes, it breaks the structure of cells and the living being die. Tardigrades use proteins to suddenly freeze water cells as small crystals, so they can avoid breakage.
  • Osmobiosis: it occurs in case of increase of the salt concentration of the environment.
  • Anoxybiosis: in the absence of oxygen, they enter a state of inactivity in which leave their body fully stretched, so they need water to stay perky.

Referring to exposures to radiation, which would destroy the DNA, it has been observed that tardigrades are able to repair the damaged genetic material.

These techniques have already been imitated in fields such as medicine, preserving rat hearts to “revive” them later, and open other fields of living tissue preservation and transplantation. They also open new fields in space exploration for extraterrestrial life (Astrobiology) and even in the human exploration of space to withstand long interplanetary travel, ideas for now, closer to science fiction than reality.


All about Waterbear (Tardigrade)

FACTS: One of the more fascinating organisms in the microsphere is the common tardigrade – technically speaking, “slow walker.” However, it is not the tardigrade’s sluggish speed that captures the attention, but rather the fact that as this miniscule creature lumbers along on its eight tiny legs, it bears an uncanny resemblance to, well, a bear.

First described in 1773 by Johann August Ephraim Goeze as “kleiner Wasserbär,” these “little Waterbears” are unusually hardy. By entering a state of cryptobiosis – a kind of super-hibernation where the metabolism becomes inactive – waterbears can survive in boiling water, and at temperatures very close to absolute zero. They can dry out and survive 99% dehydrated for decades. They can survive a thousand times more radiation than humans can. They can even survive in the vacuum of outer space!

Needless to say, with these death-defying abilities, waterbears are found all over the world, from the highest mountain peaks to the depths of the deep. But they are typically found nearby in the miniature rainforests created by common mosses (indeed, they are sometimes called “moss piglets”) – so backyard adventurers with low-powered microscopes can easily go on a waterbear hunt.

But never fear: although a few species (such as the grizzly Milnesium tardigradum) are aggressively carnivorous, as a whole, waterbears (including our own Hypsibius dujardini) are quiet herbivores who live gentle little lives, picnicking and playing – and taking long, slow walks.


الاستنتاجات

Despite their overall abundance and cosmopolitan distribution, the Tardigrada have been relatively neglected by invertebrate zoologists. Because of difficulties in collecting and culturing the organisms and their apparent lack of economic importance to humans, our knowledge of tardigrades has lagged that of other groups. However, their importance in elucidating the phylogeny of the Metazoa, particularly the arthropods, has recently increased interest in this group. In addition, their development and ecology are poorly understood, and proper training of taxonomists skilled in identifying tardigrade species is essential for systematic, ecological, and molecular analyses.

الجدول 1. Subdivision of the Phylum Tardigrada with Habitat Classifications (Nelson, 2001)


Secrets of the amazing tardigrades revealed by their DNA

New genome sequences shed light on both the origins of the tardigrades (also known as water bears or moss piglets), and the genes that underlie their extraordinary ability to survive in extreme conditions. A team of researchers led by Mark Blaxter and Kazuharu Arakawa from the universities of Edinburgh, Scotland and Keio, Japan respectively, have carefully stitched together the DNA code for two tardigrade species, and their results are presented in an article publishing 27 July in the open access journal PLOS Biology.

Tardigrades are microscopic animals, justly famous for their amazing ability to withstand complete dehydration, resurrecting years later when water is again available. Once desiccated, they have been frozen in ice, exposed to radiation, sent into space vacuum. and still they spring back to life.

Tardigrades became more famous recently when it was suggested that their DNA was a mix of animal and bacterial segments, making them "Frankenstein" hybrids. The new research has now laid the Frankenstein idea to rest by arguing that tardigrade DNA looks "normal," with no evidence that these special animals use extraordinary means to survive. Previous ideas that they might have taken up large numbers of foreign genes from bacteria are shown to be due simply to contamination.

But what is "normal" to a tardigrade is still enigmatic and exciting. At less than a millimetre in length, tardigrades are too small to leave fossils, but using the new genomes, the scientists were able to explore what the DNA could tell them about where tardigrades sit in the tree of animal life. Tardigrades are a distinct type of animal whose closest relatives are arthropods (insects, spiders and their allies) and nematodes (roundworms). But which is closest? While the accepted view is that their four pairs of stubby legs make them more closely related to arthropods, the DNA evidence surprisingly strongly favoured a closer kinship with nematodes.

The researchers then looked at a set of genes -- the so-called HOX genes -- used to lay down the nose-to-tail pattern in embryos. There are usually about ten different HOX genes in animals, each involved with a different part of the nose-to-tail pattern. They found that tardigrades were missing five HOX genes, and that most nematodes also were missing the same five genes. This is either a coincidence or further evidence that tardigrades and nematodes are closely related.

It was also possible to identify the genes that tardigrades use to resist the adverse effects of desiccation. By asking which genes were turned on during the drying process, scientists could identify sets of proteins that appear to replace the water that their cells lose, helping to preserve the microscopic structure until water is available again. Other proteins look like they protect the tardigrades' DNA from damage, and may explain why they can survive radiation.

"I have been fascinated by these tiny, endearing animals for two decades. It is wonderful to finally have their true genomes, and to begin to understand them. It has also been great to work with Kazuharu Arakawa and his Japanese colleagues on this -- science is truly global, and together we achieved exciting things," Professor Mark Blaxter said. "This is just the start -- with the DNA blueprint we can now find out how tardigrades resist extremes, and perhaps use their special proteins in biotechnology and medical applications."


Frozen Siberian microbes just woke up from a 24,000-year nap—and immediately got busy

The microscopic organisms wasted no time cloning themselves.

Tiny microscopic organisms came back to life after they thawed out.

In 2015, a team of scientists extracted a core of frozen sediment from the permafrost in northern Siberia, near the Arctic Ocean. After getting thawed out in the lab, tiny microscopic organisms from that soil, called bdelloid rotifers, wriggled back to life—following what could be described as a 24,000-years-long nap, according to new research published in the journal Current Biology.

“It’s like a tale of Sleeping Beauty,” says coauthor Nataliia Iakovenko, a biologist at the University of Ostrava in the Czech Republic. Except instead of one hundred years of dormancy, these bdelloid rotifers were most recently kicking around in the Late Pleistocene. And instead of a cursed princess, we’re talking about some extremely hardy worm-like invertebrates, about a third of a millimeter in size, which do not exist in male form and reproduce by cloning themselves.

“The important message is these molecular mechanisms which help them to survive have a very long expiration date,” says Iakovenko.

When the researchers collected the permafrost samples, they used drilling and trimming techniques that helped reduce the risk of inadvertent mixing with modern-day microbes. To pinpoint the rotifers’ age, the scientists took adjacent material from the core and sent it to a lab in Arizona for radiocarbon dating, which revealed an age of 23,960 to 24,480 years. Meanwhile, the rotifers themselves, along with other soil organisms, sprung to life in the lab after defrosting into balmy 64-degree conditions. For contrast, when the researchers removed them from the permafrost the temperature of the frozen sediment was 21 degrees Fahrenheit, and average temperatures for the permafrost sit at around 14 degrees Fahrenheit.

These creatures can survive this type of extreme scenario because they are adapted to frequent or irregular drying or freezing, says Stas Malavin, a coauthor on the study and a researcher at the Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science in Russia. “From previous research on rotifers, we know that they are very tough animals, they can resist many different harmful conditions.” When frozen like this, the rotifers’ state can be compared to clinical death, says Malavin—but one that’s reversible.

This study is “one of very few studies that have demonstrated multi-thousand year survival of a eukaryote, an organism whose cells have a nucleus, wrote Peter Convey, a terrestrial ecologist at the British Antarctic Survey, in an email to Popular Science. Previous research has suggested that nematodes can survive for even longer, at over 40,000 years, while several studies on moss, for example, also found lengthy (though far shorter) survival times. Rotifers, tardigrades (or “water bears”) and nematodes are known for cryptobiosis, says Convey, meaning they can survive in a “suspended” state when exposed to serious stressors like sub-zero temperatures or desiccation.

“I guess one of the largest challenges with any such studies is that of contamination,” wrote Convey, who was not involved in the research. In other words, “how can you be absolutely sure that nothing has had the chance to percolate down through the [soil] over time, or how to be sure there have not been any events disturbing the continuity of permafrost over this time.”

These new findings, Malavin says, will help researchers figure out what specific mechanisms allow organisms to preserve themselves in such fatal conditions. Further research could eventually contribute to scientists’ understanding of how to better preserve human or endangered species sperm, says Malavin, or transplanted human organs like hearts, which can currently only be preserved for very short time periods.

While these rotifers may have technically survived for 24,000 years, their normal lifespan is quite brief. “Can you imagine,” Iakovenko mused, “that they can survive for 24,000 years frozen, but then they just live one month and die?”


Save the pangolins

Pangolins are one of the world's most interesting animals. They are the only mammals to be covered from head to tail in scales. Because they have no teeth, they will deliberately eat stones (and nibble their own scales) to break up food in their stomachs. When they roll up into a defensive position, their scales can withstand a lion or tiger's jaws and, a bit like skunks, they can emit a stinky fluid to deter any would-be predators.

Unfortunately, some species are on the edge of extinction. Education and awareness are important aspects of their protection.

Traditional Chinese medicine is far from a quaint, ancient wisdom. Instead, it's a multi-billion-dollar black market that tortures bears and skins pangolins. It's a leading factor driving the extinction of some species. Knowing this gives us the ability and tools by which to stop it. Law enforcement and anti-trafficking operations are insufficient. We must tackle the root causes of pangolin trafficking.

Jonny Thomson teaches philosophy in Oxford. He runs a popular Instagram account called Mini Philosophy (@philosophyminis). His first book is Mini Philosophy: A Small Book of Big Ideas.


شاهد الفيديو: Tardigrade (كانون الثاني 2022).