فهرست مطالب
فکر می‌کنید سخت‌جان‌ترین موجود دنیا، چه موجودی است؟ فیل؟ کرگدن؟ ببر؟
پاسخ منفی است! سخت‌جان‌ترین موجود دنیا، بی‌مهره‌ای بسیار کوچک و میکروسکوپی به‌نام تاردیگرید “Tardigrade” است که با نام خرس آبی و خوکچه‌ی خزه‌ای نیز شناخته می‌شود. این موجود کوچک و آبزی که ظاهری شبیه به یک مومیایی کوچک دارد، به‌عنوان مقاوم‌ترین موجود دنیا در نظر گرفته می‌شود.
می‌توانید این موجود کوچک را بجوشانید، له کنید، در سرمای شدید فریز کنید، در شرایط خشکی قرار دهید و یا حتی به فضا بفرستید، اما اهمیتی ندارد؛ هیچ یک از این‌ها طلسم مومیایی را باطل نمی‌کند! این موجودات کوچک که از حدود 600 میلیون سال قبل، یعنی چیزی در حدود 400 میلیون سال قبل از پیدایش دایناسورها روی زمین حضور داشته‌اند، می‌توانند هر شرایطی را تحمل کنند و تقریبا غیر قابل تخریب‌اند.
تاردیگریدها را در چه مکان‌هایی می‌توان یافت؟
تاردیگریدها تقریبا در همه جای زمین یافت می‌شوند؛ چشمه‌های آب گرم، یخ‌های موجود در قطب، اعماق دریاها و حتی قله‌ی کوه‌های هیمالیا، همه و همه می‌توانند زیست‌گاهی برای این موجود کوچک باشند. به عبارت بهتر، تاردیگریدها موجوداتی اکستریموفیل (Extremophile) هستند که قادر به بقا در شرایط سخت می‌باشند.
چیزی در حدود 900 گونه از تاردیگریدها مورد بررسی قرار گرفته‌است که اغلب این گونه‌ها ساکن آب شیرین و محیط‌های نیمه آبی در خشکی هستند؛ همچنین حدود 150 گونه‌ی دریایی نیز از آن‌ها به ثبت رسیده است. با این وجود، تمام تاردیگریدها آبزی در نظر گرفته می‌شوند چرا که برای انجام تبادل گازها و نیز جلوگیری از خشک شدن کنترل‌نشده، نیاز به حضور آب در محیط اطراف خود دارند. این موجودات سرسخت را می‌توان به راحتی در لایه‌های آب روی گلسنگ‌ها و خزه‌ها، برگ‌ها و حتی در تپه‌های شنی و خاک نیز پیدا کرد.
کوچک اما سرسخت
سخت‌جان‌ترین موجودات دنیا یعنی تاردیگریدها قادر به تحمل چه شرایطی هستند؟
- خوکچه‌های خزه‌ای قادر به تحمل محدوده‌ی دمایی گسترده، از -328°F (-200°C) تا 304°F (151°C) بوده و حتی می‌توانند دمایی تا حدود یک درجه بالاتر از صفر مطلق را که در آن تمام فعالیت‌های مولکولی متوقف می‌شود، متحمل شوند. این طیف دمایی بسیار وسیع‌تر از محدوده‌ی دمایی قابل تحمل برای دیگر موجودات است.
- فرآیندهای ذوب و انجماد
- تغییرات در میزان نمک‌ها و شوری
- فقدان اکسیژن
- فقدان آب
- اشعه‌ی ایکس در مقیاسی 1000 برابر بیشتر از دوز کشنده برای انسان
- برخی از مواد شیمیایی مضر
- فشار کم در خلاء
- فشار زیاد در مقیاسی 6 برابر بیشتر از فشار در عمیق‌ترین بخش‌های اقیانوس
- الکل در حال جوشیدن
اما سوال اینجاست که موجودی به این کوچکی چگونه توان مقابله با چنین تنش‌ها و شرایط محیطی سخت را دارد؟
پاسخ را می‌توان در فرآیندی به‌نام کریپتوبیوزیس “cryptobiosis” جست‌وجو کرد؛ بدون دسترسی به آب، تاردیگرید به‌صورت یک توپ خشک و چروکیده به‌نام tun جمع‌شده و به دور خود می‌پیچد. در چنین حالتی، جانور از حرکت می‌ایستد، فعالیت‌های سیستم بدنی او به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد اما به‌طور کامل نمرده است. این موجودات کوچک قادرند در این شرایط برای دهه‌ها دوام بیاورند؛ دانشمندان این حالت را کریپتوبیوزیس می‌نامد که چیزی شبیه به یک خواب زمستانی شدید است.
طی فرآیند کریپتوبیوزیس، فعالیت‌های متابولیکی تاردیگرید متوقف می‌شوند. اغلب ارگانیسم‌ها، با متوقف شدن متابولیسم بدن‌شان می‌میرند؛ با این حال، توقف فرآیندهای متابولیسمی در تاردیگریدها به‌صورت قابل برگشت اتفاق می‌افتد به گونه‌ای که با مساعد شدن مجدد شرایط، موجود متابولیسم خود را از سر می‌گیرد.
اما برای موجودی با سرسختی تاردیگرید، تنها یک قطره‌ی آب برای بقای کافی است. با قرار گرفتن در معرض آب، تنها در عرض چند ساعت، تاردیگرید مجددا به حالت فعال بر می‌گردد؛ برای مثال در یک موزه، خزه‌هایی که در حدود 100 سال به‌صورت خشک‌شده وجود داشتند را به حالت مرطوب درآوردند و مشاهده شد که تاردیگریدهای موجود در خزه‌ها بدون هیچگونه آسیبی فعال‌شده و شروع به حرکت کردند. در واقع، آنچه که به‌صورت توده‌ای از دانه‌های بی‌جان به نظر می‌رسید، تبدیل به تاردیگریدهایی شد که فعالیت خود را از سر گرفته بودن و به راحتی به هر سو شنا می‌کردند.
با اینکه گفته می‌شود تاردیگریدها قادر به بقا برای مدت طولانی و حتی چندین دهه هستند، اما حقیقت این است که این موجود کوچک تنها قادر است چند هفته به‌صورت فعال زندگی کند. در واقع، فاصله‌ی بین تولد و مرگ یک خرس آبی می‌تواند بسیار طولانی باشد اما به شرطی که در خواب زمستانی یا حالت tun قرار گرفته باشد تا بتواند از تهدیدات محیطی فرار کند. به عبارت بهتر می‌توان طول عمر خوکچه‌های خزه‌ای را به‌صورت یک طول عمر چند هفته‌ای در نظر گرفت که این مدت زمان چند هفته‌ای لزوما به‌صورت متوالی نخواهد بود.
انواع کریپتوبیوزیس
انواع مختلفی از کریپتوبیوز وجود دارد که رایج‌ترین اشکال آن عبارتند از:
- فقدان آب یا anhydrobiosis: می‌توان گفت رایج‌ترین نوع از کریپتوبیوزیس که در تاردیگریدها مورد مطالعه قرار گرفته، فقدان آب یا anhydrobiosis است.
- دمای پایین یا cryobiosis
- افزایش تراکم املاح موجود در آب (مثل آب شور) یا osmobiosis
- فقدان اکسیژن یا anoxybiosis
تاردیگریدها در فضا
تاردیگریدها علاوه‌بر مقاومت بالایی که در مقابل شرایط محیطی سخت موجود در زیستگاه‌های مختلف زمین را دارند، قادر به بقا در شرایط خلاء (نبود هوا)، تحمل تشعشعات و دمای بسیار پایین فضای خارج از جو زمین نیز هستند؛ در واقع، خوکچه‌های خزه‌ای تنها جانورانی هستند که قادر به حفظ حیات خود حتی با قرار گرفتن در خلاء و شرایط خارج از جو زمین هستند.
در سال 2007 طی یک پژوهش، دانشمندان تعدادی از این موجودات را در داخل محفظه‌هایی ویژه درون یک ماهواره‌ی فضایی قرار دادند و به مدت 10 روز در ارتفاع 167 مایلی سطح دریا نگه داشتند؛ نتایج بررسی‌ها شگفت‌انگیز بود. این مومیایی‌های کوچک طلسم شده پس از بازگشت به زمین، حتی پس از تحمل تشعشعاتی 700 برابر قوی‌تر از تشعشعات خورشید بر سطح زمین، کاملا سالم بودند.
اما چه مکانیسم‌هایی در بدن تاردیگرید، آن‌ها را قادر به تحمل شرایط اکستریم می‌کند؟
غشای بیرونی یکی از مهم‌ترین بخش‌های حفاظتی سلول‌هاست که ممکن است در صورت خشک شدن و نیز در صورت یخ زدن سلول و تشکیل کریستال‌های یخ پاره شود؛ در صورت بروز چنین حالتی، سلول از بین خواهد رفت. در تاردیگریدها و سایر حیواناتی که قادر هستند از خشک شدن جان سالم به در ببرند مانند کرم‌های نماتد، قندی به‌نام ترهالوز حضور دارد. ترهالوز مولکولی بسیار مهم است که به نظر می‌رسد عملکرد آن در ارتباط با حفظ غشای بیرونی سلول باشد. این قند اغلب با خروج آب از بدن تاردیگریدها تجمع می‌یابد و با آب‌گیری مجدد از بین می‌رود.
اما ترهالوز تنها مکانیسم تحمل استرس در خوکچه‌های خزه‌ای نیست؛ آن‌ها توانایی تولید پروتئین‌هایی غیرعادی را نیز دارند که این پروتئین‌ها قادر به حفظ ساختار درونی سلول هستند. این پروتئین‌ها درون سلول تجمع پیدا کرده و داخل سلول را پر می‌کنند که حالتی شبیه به جایگزینی عسل به جای آب درون سلول ایجاد می‌شود. درنهایت سلولها حالتی شبیه به شیشه به خود می‌گیرند. اغلب پروتئین‌ها تمایل به تا خوردگی در اشکال و فرم‌های ویژه‌ای دارند تا پایداری خود را حفظ کنند. اما پروتئین‌های تاردیگرید اشکال ترجیحی ندارند و به نظر می‌رسد که به‌صورت تصادفی به اطراف می‌چرخند و ذاتا بدون نظم هستند؛ در واقع فقط همین پروتئین‌های بی‌نظم قادر به ایجاد ماده‌ی شیشه‌ای هستند.
ایجاد پروتئین‌ها با تاخوردگی نامنظم و تشکیل ماده‌ی شیشه‌ای، باعث کند شدن و کاهش سرعت انجام همه فرآیندهای بیولوژیکی که در داخل سلول در حال انجام است، می‌شود. این کند شدن، شامل کاهش سرعت آسیب به سلول نیز می‌شود. به‌عنوان مثال، بیشتر پروتئین ها برای کار کردن باید شکل صحیحی داشته باشند. حضور در محیط آبی به این پروتئین‌ها در انجام این کار کمک می‌کند. در واقع، اگر آب از سیستم حذف شود، بیشتر پروتئین‌ها باز می‌شوند و می‌شکنند. اما در صورتی که محیطی با ویسکوزیته بالا جایگزین محیط آبی در داخل سلول‌های تاردیگرید شود، این پروتئین‌های نامنظم تشکیل‌شده فرآیندهایی مانند باز شدن و شکستن پروتئین‌های دارای تاخوردگی منظم را کند می‌کنند و بدین ترتیب، سرعت فرسوده شدن و آسیب به سلول کاهش می‌یابد.
از طرف دیگر، پروتئین‌های نامنظم تنها پروتئین‌های حاضر در سلول‌های تاردیگرید نیستند؛ گروهی دیگر از پروتئین‌ها به‌نام پروتئین‌های سرکوب‌کننده‌ی آسیب (Dsup) نیز در سلول‌های تاردیگرید وجود دارند که عملکرد آن‌ها اتصال به ماده‌ی ژنتیک در داخل سلول (DNA) و حفاظت از آن در برابر مواد شیمیایی آسیب‌زا می‌باشد. مطالعه‌ی دیگری که روی تاردیگریدها انجام‌شده، نشان داده است که در حالت tun ساختارهایی به شکل برج‌های یک قلعه در خارج از سلول‌های تاردیگرید شکل می‌گیرند. این ساختارها از تاردیگرید در برابر خشکی محافظت می‌کنند.
نسل جدید واکسن‌ها و کرم‌های ضدآفتاب با به‌کارگیری پروتئین‌های تاردیگرید
این پروتئین‌های دارای ساختار سه بعدی نامنظم، عملکردی بسیار امیدوارکننده در جهت نگهداری از مواد بیولوژیکی از جمله داروها و واکسن‌ها دارند. به‌عنوان مثال، واکسن‌های مورد استفاده در مبارزه با کووید 19 باید در شرایط سرما نگهداری شوند؛ در عین حال، باید امکان نگهداری آن‌ها در دمای اتاق نیز وجود داشته باشد. یکی از چالش‌هایی که در انجام این فرآیند با آن مواجه هستیم این است که این پروتئین‌ها برای حفاظت از سلول‌های خود تاردیگرید به وجود آمده‌اند و برای به کارگیری آن‌ها در نگهداری از واکسن‌ها و داروها لازم است تا تغییراتی روی آن‌ها اعمال شود.
همچنین محققان گونه جدیدی را یافته‌اند که توانایی مقاومت در برابر دوزهای شدید اشعه ماوراء بنفش را دارد. به نظر می‌رسد این توانایی در ارتباط با ماده‌ای فلورسنت باشد؛ با این وجود، ماهیت و نحوه‌ی عملکرد این ماده‌ی فلورسنت هنوز مشخص نشده‌است. در صورت شناسایی ماهیت و نحوه‌ی عملکرد این ماده، می‌توان نسل جدیدی از محصولات مراقبتی پوست از جمله کرم‌های ضد آفتاب را طراحی و تولید کرد که حفاظت بیشتری به پوست در مقابل اشعه‌ی مضر آفتاب می‌دهند.
مورفولوژی و ساختار بدنی
پیکر تاردیگرید از چیزی در حدود هزار سلول ساخته شده‌است که در عین سادگی، پیچیدگی‌های ویژه‌ای نیز به این موجود کوچک داده است. می‌توان ادعا کرد که این خوکچه‌های کوچک خزه‌ای، ساختاری به پیچیدگی پیکر یک سوسک یا یک مگس میوه دارند. تاردیگرید موجودی بی‌مهره است که نوعی اسکلت خاص دارد. این ساختار خاص را می‌توان به چیزی شبیه یک دستکش پلاستیکی پر شده از آب تشبیه کرد. مایعی که بدن تاردیگرید را پر کرده، همولنف است که مملو از مواد مغذی است و معادلی برای خون به‌شمار می‌آید. از دیگر ساختارهای بدنی این موجود می‌توان کوتیکول را نام برد که بسیار قوی بوده و شبیه به پوست عمل می‌کند.
این موجود کوچک در هر طرف بدن خود دارای سه عدد پا و نیز دو عدد در بخش پشتی می‌باشد که هر یک از این‌ها دارای پنجه‌هایی شبیه به پنجه‌ی خرس هستند. ممکن است تصور کنید که با داشتن هشت عدد پا، تاردیگریدها با سرعت زیادی به اطراف حرکت می‌کنند اما چنین نیست؛ تاردیگریدها در حین حرکت پنجه‌های خود را به گیاهان، شن و ماسه و… در محیط اطراف خود اتصال می‌دهند و حرکتی آهسته دارند.
تاردیگریدها فاقد دندان هستند و در عوض، سر و دهان این موجود مجهزبه ماهیچه‌هایی قوی است که برای مکیدن غذا تکامل یافته‌اند. دو اندام نیزه مانند نیز به‌نام stylet در اطراف دهان تاردیگرید تعبیه شده که عملکردی شبیه به دندان دارند و امکان ایجاد سوراخ در سلول‌های جلبک و سایر منابع غذایی را به این موجود می‌دهد. تاردیگریدها اغلب گیاه‌خوار هستند؛ با این وجود برخی از تاردیگریدها از موجودات تک سلولی کوچک، باکتری‌ها و حتی گاهی از تاردیگریدهای دیگر نیز تغذیه می‌کنند.
نقطه ضعف سرسخت‌ترین موجود دنیا چیست؟
با اینکه تاردیگریدها تحت عنوان سرسخت‌ترین و سخت‌جان‌ترین موجود دنیا شناخته می‌شوند، اما همین موجودات سرسخت نیز شکارچیانی از جمله نماتودها، آمیب‌ها و حتی گاهی برخی دیگر از تاردیگریدها از جمله شکارچیانی برای هم‌نوعان خود به‌شمار می‌روند.
همچنین طبق بررسی‌های ژنتیکی انجام‌شده بر روی این موجودات، مشخص شده که تاردیگرید قادر به دیدن رنگ نیست. پژوهش‌های انجام‌شده در این زمینه نشان می‌دهد که تاردیگریدها فاقد پروتئین‌های مورد نیاز برای درک نور هستند؛ عدم حضور این پروتئین‌های حسگر نور که opsin نامیده می‌شوند، باعث شده تا تاردیگریدها قادر به دیدن نور مرئی و نیز نور UV در محیط اطراف خود نباشند. البته این جانوران کوچک دارای چشم هستند و می‌توانند نور و تاریکی را در محیط اطراف تشخیص دهند و به عبارتی می‌توان گفت دید سیاه و سفید دارند.
تولیدمثل در تاردیگرید
تولیدمثل از مهم‌ترین فرآیندهایی است که هر موجودی برای بقا و ادامه‌ی نسل به آن نیاز دارد. این فرآیند در خوکچه‌های خزه‌ای به اشکال مختلفی صورت گرفته و از استراتژی‌های متنوعی برای تولیدمثل استفاده می‌کنند. برخی از تاردیگریدها به‌صورت تک‌پایه بوده و جنسیت نر و یا ماده دارند و برخی دیگر نیز به‌صورت هرمافرودیت وجود دارند. با این وجود تولیدمثل از طریق بکرزایی و parthenogenesis نیز در بین تاردیگریدها مشاهده می‌شود.
در برخی گونه‌ها، جنس نر اسپرم را به داخل کوتیکول یک ماده‌ی در حال پوست‌اندازی و حامل تخم وارد می‌کند. انجام این فرآیند جفت‌گیری به چیزی در حدود یک ساعت زمان نیاز دارد. برخی از ماده‌ها برای بارور کردن سلول‌های جنسی خود، پوست‌اندازی می‌کنند و تخم‌های خود را در داخل کوتیکول به جا می‌گذارند تا بعدا توسط نرها بارور شوند. تخم‌ها به 40 روز زمان برای خارج شدن نیاز دارند و اگر در شرایط خشکی باشند، این فرآیند تا حدود 90 روز نیز به طول می‌انجامد.
نویسنده: ستاره سنگری
منابع:
😍❤️عااااالی بود
خوشحالیم که مطلب براتون مفید بوده