Co je kryobióza?

Kryptobióza nebo pozastavená animace je metabolický stav života, do kterého tělo vstupuje v reakci na nepříznivé podmínky prostředí, jako je vysychání, mrznutí a nedostatek kyslíku. V kryptobiotickém stavu se zastaví všechny měřitelné metabolické procesy, což brání reprodukci, vývoji a opravě. Když se podmínky prostředí stanou příznivějšími, organismus se vrátí do svého metabolického stavu před kryptobiózou.

• 1 Formuláře
  • 1.1 Anhydrobióza
  • 1.2 Anoxybióza
  • 1.3 Chemobióza
  • 1.4 Kryobióza
  • 1.5 Osmobióza

  tvar

  Anhydrobióza

  Play media Anhydrobióza tardigrade Richtersius coronifer

  Anhydrobióza je nejvíce studovanou formou kryptobiózy a vyskytuje se v situacích extrémního vysychání. Termín anhydrobióza pochází z řeckého slova pro „život bez vody“ a nejčastěji se používá k označení odolnosti vůči vysychání pozorované u některých bezobratlých živočichů, jako jsou bdelloidní vířníci, tardigrady a solanka. krevety, háďátka a alespoň jeden hmyz, druh chironomid (Polypedilum vanderplanki). Jiné formy života však vykazují odolnost vůči vysychání. Patří mezi ně vzkříšená rostlina Craterostigma plantagineum, většina semen rostlin a mnoho mikroorganismů, jako je pekařské droždí. Výzkumy ukázaly, že některé anhydrobiotické organismy mohou v suchém stavu přežívat desítky let, ba staletí.

  Bezobratlí trpící anhydrobiózou se často scvrknou do menší formy a někteří nadále tvoří cukr zvaný trehalóza. Odolnost rostlin vůči vysychání je spojena s produkcí dalšího cukru, sacharózy. Předpokládá se, že tyto cukry chrání tělo před vysycháním. U některých tvorů, jako jsou bdelloidní vířníci, trehalóza nebyla detekována, což vedlo vědce k navrhování jiných mechanismů anhydrobiózy, které možná zahrnují vnitřně neuspořádané proteiny.

  V roce 2011 prochází háďátko Caenorhabditis elegans, které je také jedním z nejlépe prozkoumaných modelových organismů, anhydrobiózou ve stádiu dauerovy larvy. Další studie využívající genetické a biochemické nástroje dostupné pro tento organismus odhalily, že kromě biosyntézy trehalózy se na anhydrobióze na molekulární úrovni podílí řada dalších funkčních drah. Jedná se především o ochranné mechanismy proti reaktivním formám kyslíku a xenobiotikům, expresi proteinů tepelného šoku a vnitřně neuspořádaných proteinů a také o biosyntézu polynenasycených mastných kyselin a polyaminů. Některé z nich jsou konzervovány mezi anhydrobiotickými rostlinami a zvířaty, což naznačuje, že anhydrobiotická kapacita může záviset na souboru společných mechanismů. Detailní pochopení těchto mechanismů může umožnit modifikaci neanhydrobiotických buněk, tkání, orgánů nebo dokonce organismů tak, aby mohly přetrvávat v vysušeném stavu pozastavené animace po delší dobu.

  Od roku 2004 je tato aplikace anhydrobiózy aplikována na vakcíny. Ve vakcínách může tento proces produkovat suchou vakcínu, která se reaktivuje, když je vstříknuta do těla. Teoreticky lze technologii suché vakcíny použít pro jakoukoli vakcínu, včetně živých vakcín, jako je vakcína proti spalničkám. Může být také upravena tak, aby se vakcína uvolňovala pomalu, čímž se eliminuje potřeba přeočkování. To navrhuje odstranit potřebu chladit vakcíny, čímž se suché vakcíny stanou dostupnějšími v rozvojových zemích, kde je chlazení, elektřina a správné skladování méně dostupné.

  Na podobných principech byla vyvinuta lyokonzervace jako metoda uchovávání biologických vzorků při teplotě okolí. Lyokonzervace je biomimetická strategie, která se opírá o anhydrobiózu pro uchování buněk při okolní teplotě. Byla studována jako alternativní metoda kryokonzervace. Výhodou této metody je, že umožňuje uchování biologických vzorků při okolní teplotě bez nutnosti chlazení nebo použití kryogenních teplot.

  Anoxybióza

  V situacích, kde je přítomen kyslík (také známý jako anoxie), mnoho kryptobiontů (jako je M. tardigradum) přijímá vodu a stává se napjatým a nehybným, ale může přežít po delší dobu. Někteří ektotermní obratlovci a někteří bezobratlí, jako jsou račí krevety, klanonožci, háďátka a houbovité gemmules, jsou schopni přežít ve zjevně neaktivním stavu v anoxických podmínkách. od měsíců po desetiletí.

  Studie metabolické aktivity těchto spících organismů během anoxie byly do značné míry neprůkazné. Je to proto, že je velmi obtížné měřit velmi malé stupně metabolické aktivity dostatečně spolehlivě, aby se prokázal spíše kryptobiotický stav než normální snížení rychlosti metabolismu (MRD). Mnozí odborníci jsou skeptičtí ohledně biologické proveditelnosti anoxybiózy, protože tělo dokáže zabránit poškození svých buněčných struktur negativní volnou energií prostředí, přestože je obklopeno velkým množstvím vody a tepelné energie a nevyužívá vlastní volnou energii. Existují však důkazy, že stresem indukovaný protein p26 může působit jako proteinový chaperon, který v cystických embryích Artemia franciscana (mořské opice) nevyžaduje žádnou energii a s největší pravděpodobností pokračuje v extrémně specializované a pomalé guaninové polynukleotidové dráze. poskytovat volnou metabolickou energii embryím A. franciscana v anoxických podmínkách. Zdá se, že A. franciscana se blíží, ale nedosahuje skutečné anoxybiózy.

  Chemobióza

  Chemobióza je kryptobiotická reakce na vysoké hladiny environmentálních toxinů. To bylo pozorováno u tardigradů.

  Kryobióza

  Kryobióza je forma kryptobiózy, ke které dochází v důsledku snížení teploty. Kryobióza začíná, když voda obklopující buňky těla zamrzne, čímž se zastaví pohyb molekul, což tělu umožní odolávat mrazu, dokud se nevrátí příznivější podmínky. Organismy, které dokážou těmto podmínkám odolat, mají obvykle molekuly, které pomáhají zmrazit vodu na preferovaných místech a také zabraňují růstu velkých ledových krystalů, které by jinak mohly poškodit buňky. Jedním z takových organismů je humr.

  Osmobióza

  Osmobióza je nejméně prozkoumaná ze všech typů kryptobiózy. Osmobióza vzniká jako reakce na zvýšenou koncentraci rozpuštěné látky v roztoku, ve kterém organismus žije. S jistotou se ví jen málo, kromě toho, že se zdá, že osmobióza způsobuje zastavení metabolismu.

  Příklady

  Artemia salina, artemia salina, nalezená v pánvích Makgadikgadi v Botswaně, přežije období sucha, kdy se voda z pánví vypaří a zanechá téměř vyschlé jezero. postel.

  Tardigrad neboli vodní medvěd může trpět všemi pěti typy kryptobiózy. V kryptobiotickém stavu je jeho metabolismus snížen na méně než 0,01 % normálu a obsah vody může klesnout až na 1 % normálu. Ve svém kryptobiotickém stavu může odolat extrémním teplotám, radiaci a tlaku.

  Některé hlístice a vířníci mohou také podstoupit kryptobiózu.

  Viz také

  reference

  další literatura

  • David A. Wharton, Living on the Limit: Organisms in Extreme Environments, Cambridge University Press, 2002, vázaná, ISBN 0-521-78212-0

  MOSKVA, 3. dubna – RIA Novosti, Taťána Pichugina. Některé organismy přežívají bez vody, kyslíku a tepla, upadají do kryptobiózy, při které se metabolismus v podstatě zastaví. V tomto stavu je možné udržet život po stovky a dokonce tisíce let. RIA Novosti vypráví, jací tvorové jsou schopni zázraků kryptobiózy a zda je možné do ní zavést člověka.

  Obří viry: jaké bytosti se skrývají v permafrostu
  15 Leden 2018, 08: 00

  Extrémní faktor

  Na začátku 18. století podal Anthony van Leeuwenhoek Královské společnosti v Londýně zprávu o mikroskopických tvorech, kteří bez vlhkosti vyschli, ale po umístění do vody ožili a po šesti měsících se znovu hýbali. Tím začalo studium jednoho z nejzáhadnějších jevů v biologii, který i o tři sta let později zůstává špatně pochopený.

  Tomu se říkalo pozastavená animace (z řeckého slova znamenajícího „návrat k životu“). V posledních desetiletích se ve vědecké literatuře ustálil termín „kryptobióza“. Tělo nejeví viditelné známky života, metabolismus je velmi obtížný a dokonce nemožné jej zaznamenat. Aby tělo upadlo do tohoto stavu, musí se na dlouhou dobu ocitnout v podmínkách doslova neslučitelných se životem: bez vody, kyslíku, tepla.

  Drobný bezobratlý tardigrad, zvaný vodník, žije po celé Zemi. Pro normální život potřebuje vodu. Bez ní se tardigrad promění v sud a vyschne. Metabolismus se zpomalí téměř o sto procent. V této podobě tardigrad přežije nejdrsnější podmínky: v kyselém, zásaditém, toxickém prostředí, při velmi nízkých nebo vysokých teplotách, ve vakuu, vesmíru, pod vysokým tlakem, při vystavení záření, bez kyslíku.

  Ruští biologové „vzkřísili“ 30 XNUMX let starou rostlinu
  21. února 2012 01:08

  Mnoho mikroorganismů, bezobratlých a nižších rostlin může přežít bez vody. Například Platycerium z rodu kapradin zcela vysychá v období sucha v tropech, ale ožívá, když se objeví vlhkost. Obyvatel pouště, mech Lepidoptera, se chová stejně. Bez vody vysychá, ztrácí většinu vlhkosti v buňkách a v tomto stavu zůstává až do lepších časů.

  K úplné kryptobióze dochází, když je organismus zamrzlý v permafrostu nebo ledu ve velkých hloubkách. Nedávno se vědcům z Itálie podařilo oživit mech, který strávil nejméně šest století v antarktickém ledovci. Laboratorní pokusy ukázaly, že mech a lišejníky přežijí dvě hodiny mrazu až do minus 273 stupňů Celsia.

  V roce 2012 vědci z Ústavu fyzikálně-chemických a biologických problémů pedologie Ruské akademie věd extrahovali tkáň dásní angustifolia z permafrostu starého 30 tisíc let a vypěstovali z ní normální rostliny. Tam byly také oživeny obří viry nalezené v zemi, které zamrzly před desítkami tisíc let.

  Všichni jsou na hraně

  Složitější živočichové a vyšší rostliny jsou také schopni přežít nepříznivé podmínky prostředí. Metabolismus ale nezastaví, pouze zpomalí. Tomu se říká hypobióza. Mnoho studenokrevných živočichů do něj spadne při nízkých teplotách. A žabka lesní přežije i po zmrznutí, kdy se v jejím těle promění téměř třetina vody v led. Stejně tak čekají na jaro měkkýši.

  Nahé krysy mohou žít 20 minut bez kyslíku a proměnit se v “rostliny”
  20. dubna 2017 21:30

  Savci hibernují: tělesná teplota klesá na několik stupňů Celsia nebo dokonce pod nulu, jako například u sysla amerického, který žije v Arktidě.

  Tělo hibernujícího zvířete je připraveno speciálním způsobem. Pod kůží je vrstva hnědého tuku, zahřátá proteinem termogeninem, je zvýšený obsah sacharidů, o kterých se vědci domnívají, že pomáhají udržovat vitalitu a podporují fungování neuronů. To je nezbytné, aby nervový systém i v hibernaci reagoval na vnější faktory, jako je hlasitý zvuk nebo prudký pokles teploty vzduchu. Metabolismus těla se zrychlí a zvíře se probudí, aby neumrzlo.

  Krysy nahé (tak se jmenuje jeden z druhů hlodavců) se 20 minut obejdou bez kyslíku a krmí mozek sacharidy. Vytvořením nedostatku kyslíku vědci ponořili myši a psy do hypobiózy, i když jen na několik hodin.

  CC BY 2.0 / Umberto Salvagnin / (False) Rose of Jericho Selaginella squamofolia

  Pro vesmír a zemědělství

  Biologové z Ruska odhalili tajemství nejhouževnatějších komárů na Zemi
  2. března 2018, 14:37

  Fenomén metabolického zpomalení je velmi lákavé využít v kosmonautice k doručování astronautů na jiné planety, když let trvá mnoho let. Ale vědci jsou kritičtí ohledně šancí člověka na přežití kryobiózy. Faktem je, že při zmrazení jsou buňky zničeny a zatím není jasné, jak je před tím chránit. Navíc prodloužená kryobióza zvyšuje počet poškození DNA. Aktivní organismus se neustále obnovuje, DNA se léčí – při pomalém metabolismu to není možné. Člověku bude buď trvat velmi dlouho, než se probudí, nebo zemře, aniž by se oživil.

  Současně jsou kryobióza, hypobióza a jejich odrůdy předmětem vážného vědeckého zájmu. Zbývá odpovědět na mnoho otázek: jak tyto stavy vznikají, proč buňky zůstávají životaschopné (zejména při téměř úplné dehydrataci) a jakými molekulárními mechanismy dochází k probuzení. Vědci uvažují i ​​o praktickém využití těchto poznatků, například pro účely dlouhodobého uchování potravin, buněčných či tkáňových kultur a možná i pro zmrazení nemocných lidí, aby je v budoucnu vyléčili.

  ČTĚTE VÍCE

  Jak vidí hadi v noci?