Тихоходка, известная также как водный медведь, представляет собой вид маленьких свободно живущих беспозвоночных, относящихся к типу членистоногих. Способность тихоходки выживать в различных средах поражает ученых уже много лет, так они способны приспосабливаться к самым экстремальным условиям, включая космос. От глубин океана до верхушек тропических лесов, от антарктической тундры до вершин вулканов – тихоходки можно встретить практически везде.
Происхождение вида
Тихоходки были обнаружены в 1773 году немецким зоологом Иоганном Августом Эфраимом Гозе. Они представляют собой микроскопических членистоногих с четырьмя парами лап, известных своей удивительной способностью выживать в разнообразных экстремальных условиях. Эти существа считаются близкими родственниками других членистоногих, таких как насекомые и ракообразные.
На данный момент исследования позволяют выделить три основных класса тихоходок. Каждый класс включает в себя несколько порядков, а каждый порядок, в свою очередь, содержит несколько семейств и родов, исследование которых продолжается.
Внешний вид
Характеристики тихоходок включают следующее:
- Они обладают двусторонне-симметричным телом, которое обычно цилиндрическое, но может иметь тенденцию к сплющиванию.
- Взрослые особи имеют размеры от 250 до 500 микрометров, хотя некоторые могут достигать размеров до 1,5 миллиметра.
- Цвета тихоходок могут быть разнообразными, включая красный, желтый, черный и др.
- Они дышат за счет диффузии.
- Тихоходки являются многоклеточными организмами, частями которых являются туловище, ноги и сегмент головы. У них есть пищеварительная система, рот, нервная система с хорошо развитым большим мозгом, мышцы и глазки.
В 2007 году обезвоженные тихоходки были отправлены на орбиту и подвергнуты воздействию вакуума и космического излучения в течение 10 дней. По возвращении на Землю более двух третей из них успешно восстановились, но многие умерли относительно скоро. Тем не менее, они все же смогли размножаться до этого.
Характеристики класса Heterotardigrada включают гондукты, головные отростки и отдельные когти на ногах. Некоторые из характеристик этого класса включают сенсорный сосок и позвоночник, зубчатый воротник на задних парах лап, толстую кутикулу и различия в порах между видами.
Характеристики класса Mesotardigrada включают наличие шести когтей на каждой лапе, присутствие промежуточного звена Thermozodium esakii между Heterotardigrada и Eutardigrada, а также макроплакоиды, напоминающие те, которые можно найти у Eutardigrada.
Некоторые характеристики класса Eutardigrada включают отсутствие боковых придатков по сравнению с другими классами, гладкую кутикулу, отсутствие спинных пластинок, открытие гондуктов в прямую кишку и наличие двойных когтей.
Виды
Тип тихоходок включает более 700 известных видов, которые были классифицированы следующим образом:
Класс Heterotardigrada:
- Данный класс является самым разнообразным среди всех классов типа тихоходок.
- Он далее делится на два порядка: Arthrotardigrada и Echiniscoide.
- Порядки разделяются на семейства, такие как Batillipedidae, Oreellidae, Stygarctidae и Halechiniscidae, среди многих других.
- Эти семейства включают более 50 родов.
Класс Mesotardigrada:
- Этот класс включает только один порядок, который называется Thermozodia.
- В нем есть одно семейство, известное как Thermozodidae.
- В классе Mesotardigrada обнаружен только один вид, известный как Thermozodium esakii, который был обнаружен в термальном источнике в Японии.
Класс Eutardigrada:
- Данный класс делится на два порядка: Parachela и Apochela.
- Порядки включают в себя шесть семейств: Mineslidae, Macrobiotidae, Hypsibidae, Calohypsibidae, Eohypsibidae и Eohypsibidae.
- Всего в классе Eutardigrada существует более 35 родов с различными видами.
Классификация позволяет ученым лучше понять разнообразие и распределение тихоходок в природе.
Среда обитания
В основном, тихоходки являются водными организмами, поскольку вода предоставляет условия для таких жизненно важных процессов, как дыхание, размножение и развитие. По этой причине они часто обитают в морских и пресных водах, а также в средах с небольшим количеством влаги на суше.
Несмотря на их водную привязанность, тихоходки можно обнаружить в различных других средах, включая песчаные дюны, почву, камни и потоки, среди прочих. Они способны выживать в водных пленках на лишайниках и мхах, поэтому их часто можно встретить в этих организмах.
Яйца, кисти и другие формы жизни тихоходок могут также легко распространяться ветром, что позволяет им колонизировать новые среды. Исследования показывают, что тихоходки были обнаружены в различных удаленных местах, включая вулканические острова, что свидетельствует о том, что организмы широко распространяются ветром и животными, такими как птицы.
В дополнение к обитаниям с благоприятными условиями, тихоходки были обнаружены в различных экстремальных средах, включая очень холодные места (до -80 градусов по Цельсию). Их способность выживать и размножаться в таких условиях приводит к тому, что тихоходки встречаются практически везде по всему миру.
Тихоходки были охарактеризованы как полиэкстремофилы из-за их способности выживать в различных экстремальных условиях окружающей среды. Это стало одной из основных черт их характера и одним из наиболее изученных аспектов этого типа организмов.
Характер и образ жизни
В периоды, когда условия становятся неблагоприятными, тихоходки применяют ряд стратегий, которые позволяют им выживать. Эти стратегии обычно называются криптобиозом и включают следующее:
- Аноксибиоз. Состояние криптобиоза, которое активируется при очень низком уровне или полном отсутствии кислорода в водной среде тихоходок. При низком уровне кислорода тихоходка становится неподвижной, жесткой и вытянутой. Это позволяет им выживать от нескольких часов (в случае экстремальных водных условий) до нескольких дней без доступа к кислороду, после чего они могут стать активными, когда условия улучшаются.
- Криобиоз. Форма криптобиоза, которая возникает при низких температурах. Когда температура окружающей среды опускается до точки замерзания, тихоходки формируют бочкообразные структуры для защиты от обморожения.
- Осмобиоз. В среде с высокой ионной силой (например, с высоким содержанием соли) многие организмы не могут выжить и погибают. Однако множество тихоходок, обитающих в пресноводных и сухопутных средах, способны выживать в условиях криптобиоза, известного как осмобиоз.
- Ангидробиоз. Стратегия выживания при потере воды вследствие испарения. Для многих организмов вода необходима для таких процессов, как дыхание и другие внутренние функции. Большинство пресноводных тихоходок не способны выжить в условиях обезвоживания. Однако многие представители Eutardigrada могут выжить, сокращая и втягивая свои голову и лапы. Затем они превращаются в бочкообразные структуры, способные выживать при полном обезвоживании.
Питание
Тихоходки имеют пищевую стратегию, основанную на проникновении своих пероральных стилетов через клеточные стенки для извлечения клеточной жидкости. Их рацион включает в себя разнообразные организмы, такие как бактерии, водоросли, простейшие, мохообразные, грибы и растительные остатки. Они также питаются соками из водорослей, лишайников и мха. Крупные виды могут питаться простейшими, нематодами, коловратками и другими мелкими тихоходками.
В ротовой полости тихоходок находятся стилеты, представляющие собой маленькие острые зубцы, используемые для прокалывания растений или мелких беспозвоночных. При проникновении они выделяют жидкости, которые тихоходки всасывают, используя специализированные сосущие мышцы в глотке. Стилеты периодически заменяются, когда они исчезают.
В некоторых средах тихоходки могут быть первичными потребителями нематод, оказывая значительное влияние на их популяции. Некоторые виды способны переносить протозоида Pyxidium tardigradum. В мшистых средах многие виды тихоходок подвержены грибковым паразитам.
Некоторые виды тихоходок способны пережить без пищи более 30 лет. Они впадают в состояние анабиоза, становясь бездействующими, а затем могут возродиться, поглощая пищу и производя потомство. При обезвоживании и потере до 99% воды их жизненные процессы могут быть приостановлены на несколько лет, прежде чем они вернутся к активной жизни.
Внутри дегидратированных тихоходок белок, называемый «белок с внутренним нарушением, специфичный для тихоходок», заменяет воду в клетках. Это образует стеклообразное вещество, которое сохраняет структуру клеток в неизменном состоянии.
Размножение и продолжительность жизни
Жизненный цикл и размножение тихоходок тесно связаны с окружающей средой, в которой они обитают. Исследователи обнаружили, что размножение этих организмов в значительной мере зависит от условий окружающей среды, где для успешного размножения требуются благоприятные условия.
В зависимости от среды обитания тихоходки могут размножаться как бесполым способом (парфеногенезом), так и половым способом (амфимиксисом), где самцы оплодотворяют яйца. Половое размножение распространено среди двудомных видов, у которых имеются самцы и самки с соответствующими половыми органами. Большинство этих организмов обитают в морских средах и размножаются там.
Морфология половых органов тихоходок сильно зависит от вида, пола и возраста организма. Несмотря на это, микроскопические исследования выявили следующие половые органы:
У самца:
- Пара семявыносящих протоков, открывающихся в клоаку (задний проход).
- Внутренние семенные пузырьки.
У самки и гермафродита:
- Пара яйцеводов, открывающихся в клоаку.
- Семенные сосуды (у Heterotardigrada).
- Внутренняя сперматека (у Eutardigrada).
Во время полового размножения у некоторых видов самка оплодотворяет яйца прямо или косвенно. При прямом оплодотворении самец освобождает сперму в семенной сосуд самки, что позволяет оплодотворить яйцеклетку.
При косвенном оплодотворении самец освобождает сперму в кутикулу самки во время ее линьки. После сброса кутикулы яйца уже оплодотворены и готовы к развитию.
Яйца могут оплодотворяться внутри организма (например, у L. granulifer, который откладывает яйца), снаружи (у большинства представителей Heterotardigrada) или просто выпускаются, где они развиваются без оплодотворения.
Хотя родительский уход за яйцами встречается редко, у нескольких видов наблюдается такое поведение. Яйца остаются прикрепленными к хвостовой части самки, обеспечивая заботу о них до их вылупления.
Естественные враги
Хищники тихоходок включают нематод, другие виды тихоходок, клещи, пауки, хвостатые черви и личинки насекомых. Паразитические простейшие и грибы также часто поражают популяции тихоходок. В свою очередь, тихоходки питаются детритом или различными организмами, такими как бактерии, водоросли, простейшие и другая мейофауна, используя свой буккальный аппарат.
Буккальный аппарат тихоходок состоит из буккальной трубки, пары пронзительных стилетов и мускулистого сосущего глотки. В содержимом их кишечника часто можно найти хлоропласты или другие клеточные компоненты водорослей, мхов и лишайников.
Различные виды наземной микробиоты нападают на тихоходок, таких как простейшие, нематоды, коловратки и мелкие виды Eutardigrades, такие как Diphascon и Hypsibius, даже поглощая их целиком. У хищных поздних тихоходок были найдены в их челюстях коловратки, а также когти и ротовые аппараты тихоходок. Считается, что тип буккального аппарата связан с типом пищи, которую они потребляют, хотя мало что известно о конкретных потребностях в питании для морских или сухопутных видов.
Несмотря на их способность выживать в космическом вакууме, при экстремально низких температурах и в ограниченной среде, тихоходки могут жить лишь около 2,5 лет.
Популяция и статус вида
Популяционная плотность тихоходок подвержена значительным изменениям, и пока неизвестны как минимальные, так и оптимальные условия для их роста. Изменения в плотности популяции тихоходок коррелируют с различными аспектами окружающей среды, такими как температура, влажность, загрязнение воздуха и наличие пищи. Наблюдаются значительные различия как в плотности популяции, так и в видовом разнообразии в смежных, казалось бы, идентичных микробитах.
Тихоходки адаптировались к широкому спектру внешних условий, что привело к появлению большого числа родов и видов. Они способны выживать в виде бочек в течение многих лет, а иногда и десятилетий, чтобы преодолеть сухие условия. Исследования показали, что они могут выживать в экстремальных условиях, таких как вакуум космоса, низкие температуры и абсолютно герметичная среда. Тихоходки могут оставаться в таком состоянии тунца в течение нескольких месяцев и затем оживать при восстановлении водной среды.
Тихоходки долгое время оставались загадкой для ученых и продолжают вызывать интерес. В 2016 году ученые смогли восстановить мерзлоту, которая была заморожена более тридцати лет, открывая новые перспективы в изучении способов выживания животных при экстремальных температурах.
Хотя тихоходки являются космополитическими существами, существует небольшая обеспокоенность за их сохранение, и пока нет конкретных программ по охране отдельных видов тихоходок. Однако имеются данные, указывающие на отрицательное воздействие загрязнения на их популяции, так как плохое качество воздуха, кислотные дожди и высокие концентрации тяжелых металлов в местах обитания мохов привели к сокращению численности в некоторых популяциях.
Тихоходки — это, вероятно, одни из самых удивительных существ на Земле. Ни одно другое существо на Земле, а возможно, и за ее пределами, не перенесло столько испытаний, как тихоходки. Способные выживать даже в космическом пространстве и долгосрочной спячке, тихоходки могут преодолеть все наши временные и физические ограничения.
