Коли ми чуємо про екстремальну радіацію, в уяві постають зони техногенних катастроф — на кшталт Чорнобиль чи Фукусіма. Логічно припустити, що саме там еволюція могла «натренувати» живі організми витримувати смертельні дози опромінення.
Однак один із найстійкіших до радіації організмів на Землі ніколи не мешкав поблизу реакторів. Його домівка — глибини океану, де панують темрява, колосальний тиск і майже кипляча вода.
Життя на межі можливого
Архей Thermococcus gammatolerans було відкрито біля гідротермальних джерел у басейні Guaymas Basin, що в Gulf of California. На глибині близько 2 600 метрів океанське дно розтріскується, і з надр вириваються перегріті, насичені мінералами флюїди. Температура тут сягає приблизно 88 °C, вода насичена сірчаними сполуками, а світло сюди не проникає взагалі.
Саме в таких умовах — під тиском товщі води та серед хімічно агресивного середовища — і живе цей мікроорганізм. Він прикріплюється до гідротермальних «чорних курців» і отримує енергію з неорганічних сполук. Радіація ж у його природному середовищі практично відсутня.
Доза, несумісна з життям — але не для всіх
У лабораторних умовах вчені під керівництвом мікробіолога Едмона Жоліве піддали культури мікроорганізмів гамма-випромінюванню від джерела цезію-137. Доза сягала 30 000 ґрей — це приблизно у 6 000 разів більше за смертельну для людини повну дозу опромінення.
І все ж один із організмів продовжив рости. Ним і виявився раніше невідомий архей, згодом названий Thermococcus gammatolerans.
Подальші експерименти показали: гамма-промені все ж пошкоджують його ДНК. Він не «невразливий». Проте рівень окисного пошкодження — руйнування молекул через активні вільні радикали — був значно нижчим, ніж очікували дослідники. Ба більше, значну частину пошкоджень клітини відновлювали менш ніж за годину.
Геном без «суперзброї»
Коли у 2009 році науковці проаналізували геном T. gammatolerans, вони припускали знайти надзвичайно розвинені системи захисту та ремонту ДНК. Однак набір генів виявився досить типовим для архей. Жодного очевидного «арсеналу» протирадіаційної оборони.
Це змусило дослідників шукати відповідь не лише в структурі геному, а й у фізіології клітини. У 2016 році група науковців дослідила, як саме іонізуюче випромінювання ушкоджує архей і як він реагує на стрес. Виявилося, що клітини мають надзвичайно ефективні антиоксидантні механізми, які зменшують кількість активних форм кисню, що утворюються під дією радіації.
Побічний ефект екстремального життя
Найцікавіше в цій історії те, що T. gammatolerans не є «спеціалістом» з виживання у радіоактивних зонах. У глибинах океану він навряд чи стикався з тривалим інтенсивним опроміненням протягом еволюції.
Ймовірно, його радіостійкість — це побічний продукт адаптації до інших екстремальних факторів: високої температури, хімічного стресу, нестачі кисню, постійного впливу реактивних молекул. Усе це також здатне пошкоджувати ДНК. Тому клітинні системи, що виникли для боротьби з тепловими та хімічними загрозами, виявилися «достатньо добрими», щоб захищати й від радіації.
В еволюційній біології існує принцип «виживає достатньо пристосований». Організм не обов’язково має бути ідеальним — достатньо бути ефективним у своїй ніші.
У випадку Thermococcus gammatolerans ця «достатність» перетворилася на щось виняткове. Те, що допомогло йому існувати серед киплячих гідротермальних джерел, несподівано зробило його одним із найрадіостійкіших організмів на планеті.
Чому це важливо?
Дослідження таких мікроорганізмів має не лише фундаментальне значення. Розуміння механізмів їхньої стійкості може допомогти:
- вдосконалити біотехнології для очищення радіоактивно забруднених територій;
- розробити нові підходи до захисту клітин людини від радіаційного ушкодження;
- краще зрозуміти межі існування життя — зокрема в контексті астробіології.
Історія цього архея — нагадування про те, що природа часто знаходить рішення не за прямою потребою, а як побічний ефект боротьби за виживання в зовсім інших умовах. І саме в таких «випадкових» еволюційних поворотах народжуються феномени, що перевершують наші очікування.
