На леднике на юге Аляски летним днём около четырёх часов дня у любого местного жителя или гостя города есть шанс стать свидетелем загадочного явления, о существовании которого мало кто знает: появления ледяных червей.
Ледяные черви чёрного цвета и имеют длину около 2,5 см, похожи на маленьких земляных червей и являются единственными макроскопическими организмами, приспособленными к жизни внутри ледника.
Большую часть дня они проводят, прокладывая себе путь в холодных, тёмных недрах ледника, выходя на поверхность только во второй половине дня, чтобы поесть водорослей и бактерий. Когда это происходит, они появляются из-под снега миллионами. На 0,1 квадратный метр приходится до 50 ледяных червей, и невозможно пройти, не наступив на них.
Это захватывающее зрелище, которое даже учёные не до конца понимают. Повадки ледяных червей плохо изучены. Большинство людей - даже те, кто всю жизнь прожил на Тихоокеанском Северо-Западе, где обитают ледяные черви, - никогда о них не слышали.
Но в одном маленьком рыбацком городке на юге Аляски ледяной червь стал чем-то вроде местного талисмана. В феврале жители города посвящают восемь дней празднованию в честь этого существа.
Чествование ледяного червя на Аляске
Февраль - мрачное время в Кордове, штат Аляска. Темно 16 часов из каждых 24. Температура держится около -15 градусов по Цельсию. Небо серое и затянуто тучами. И делать особо нечего - большинство из 2500 жителей города, полагаются на рыбалку и туризм, которые являются летними отраслями экономики.
Фото: smithsonianmag.com
Зимой 1961 года местным жителям наконец-то надоело безделье. «Всем не везло, и погода была ужасной», - говорит жительница Кордовы Келси Хейден. «Группа парней собралась за выпивкой, чтобы что-нибудь придумать». Они хотели устроить фестиваль и решили, что им нужен талисман, который был бы уникальным для Кордовы.
Лосось или краб были бы логичны, учитывая экономику рыболовства, но сейчас была зима. После нескольких рюмок они выбрали ледяного червя. По словам Хейден, для них это был символ выносливости и стойкости. Но в основном это было просто весело и необычно.
Первый фестиваль ледяного червя в Кордове имел успех, хотя и небольшой. Праздник включал в себя соревнования по рыбной ловле, конкурс по ловле собак, лыжные гонки, общественный парад и фейерверк. (Летом фейерверки на Аляске невозможны, поскольку световой день длится почти 24 часа).
Фото: smithsonianmag.com
Самым большим хитом стал гигантский ледяной червь - сине-белый наряд из ткани и обручей, сконструированный так, чтобы помещаться над головами кукловодов, как китайский дракон. Он был 45 метров в длину, имел 37 пар ног и сразу же привлёк внимание местных жителей. Этот дебют стал, пожалуй, самым громким событием
в рекламе ледяных червей за всю пятимиллионную историю этого организма.
Тайная жизнь ледяных червей
Причина, по которой большинство людей никогда не слышали о ледяных червях, заключается в том, что их трудно найти. Большую часть дня они проводят подо льдом, скрытые от глаз. Учёные не знают, насколько глубоко в ледник они уходят. Они не знают, как они размножаются. Неизвестно даже, чем они питаются, объясняет Скотт Хоталинг, исследователь в области экологии из Университета штата Юта.
«
Мы думаем, что они действуют подобно дождевым червям в компостном ведре», - говорит Хоталинг. «
Они просто перемещаются по субстрату, вбирая в себя всё, что находится перед ними. В данном случае они впитывают в основном снег и талую воду». По пути они
собирают водоросли и бактерии и, вероятно, поглощают питательные вещества из этих организмов.
При этом ледяные черви могут годами жить без пищи. Хоталинг держит ледяных червей в своём холодильнике уже более 18 месяцев и знает коллег, у которых черви в холодильнике живут по два года и более. Хоталинг регулярно меняет червям лёд, но ничем их не кормит. Несмотря на длительный голод, они остаются здоровыми.
Как же они выживают без пищи в условиях экстремально низких температур на Аляске? «Никак, - говорит Хоталинг. На самом деле у ледяных червей довольно узкий температурный диапазон. Положите их в морозилку, и они умрут от переохлаждения. Держите их при комнатной температуре, и их мембраны расплавятся». Секрет успеха ледяного червя в том, что внутри ледника не бывает холоднее 0 градусов по Цельсию.
Снег и лёд - настолько хорошие теплоизоляторы, что температура внутри ледника почти всегда около нуля, и когда ледяному червю становится холодно, он забирается глубже в поисках тепла.
«Если вы положите их на поверхность снега, когда температура ниже нуля, они тут же зароются обратно», - говорит Хоталинг. Тем не менее, 0 градуса по Цельсию - это довольно экстремальные условия для эктотерм, или холоднокровных животных, зависящих от внешних источников тепла.
Для
птицы или млекопитающего с надёжным источником пищи и изоляцией это не так уж плохо. Но для крошечного червя, который не может вырабатывать собственное тепло, ледники - маловероятное место обитания. К счастью, у ледяных червей есть высокоспециализированные механизмы, которые помогают им справиться с этой проблемой.
Энергетическая установка клетки
Долгие годы учёные не могли понять, как ледяным червям удаётся вырабатывать энергию в среде, лишённой пищи и тепла.
«Большинство биохимических процессов протекают лучше, когда есть немного тепла», - говорит Хоталинг. Он подозревает, что тёмная окраска червей помогает им поглощать солнечное излучение, нагреваясь настолько, что запускает клеточные механизмы. Другие учёные, например Дэниел Шайн из Ратгерского университета, считают, что в этой истории есть ещё кое-что.
Фото: smithsonianmag.com
«Энергия - это большая проблема, когда становится холодно», - говорит Шайн. «Если вы прыгнете в водоём в середине зимы, у вас есть около десяти минут, прежде чем вы умрёте. При таких температурах ваша энергия просто полностью истощается».
У большинства организмов холод замедляет метаболизм и останавливает производство энергии, но у ледяных червей всё наоборот - чем холоднее, тем больше энергии они производят.
Как и человек, ледяные черви производят энергию с помощью
митохондрий. Эта энергия накапливается в молекуле, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ). Эта молекула вырабатывается митохондриальной АТФ-синтазой - молекулярной машиной, состоящей из множества частей.
У большинства организмов АТФ-синтаза выглядит похоже, но у ледяных червей одна из её ключевых частей, компонент под названием АТФ6, необычайно длинная. АТФ6 регулирует поток ионов водорода через АТФ-синтазу. Чем быстрее проходят ионы, тем больше АТФ образуется. У ледяных червей структура ATФ6 настолько длинная, что она проникает глубоко во внутренний матрикс митохондрии, далеко отстоя от основной части АТФ-синтазы. Вот тут-то всё и становится интересным.
Частицы, в том числе ионы водорода, имеют тенденцию перетекать из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией благодаря осмосу. Митохондрии, естественно, содержат меньше ионов водорода во внутреннем матриксе, чем во вне. Длинная, выступающая часть АТФ6 способна преодолевать этот градиент. В результате ионы перемещаются по его длине из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией. По сути, это как маленький конвейер для ионов водорода.
Конвейер быстро перемещает ионы в сторону от АТФ-синтазы, поддерживая разницу концентраций, которая способствует выработке АТФ. В ледяных червях чем холоднее, тем быстрее происходит этот процесс - производство энергии не прекращается даже при температуре 0 градусов по Цельсию.
Украденные гены
На этом повороты сюжета не заканчиваются. Несколько лет назад коллега Шайна, Ширли Лэнг, присмотрелась к этой странной, аномально длинной структуре ATФ6. Она провела поиск по базе данных, просканировав известные геномы, чтобы найти белки с похожей последовательностью аминокислот. И она нашла - в грибах, а именно в адаптированных ко льду грибах, которые являются основным компонентом рациона ледяного червя.
Теория Лэнг - это теория горизонтального переноса генов. По сути, она считает, что древний ледяной червь, питаясь снегом, проглотил немного гриба и случайно впитал часть грибного генетического материала в свои клетки.
«Горизонтальный перенос генов очень распространён среди растений и прокариот, таких как бактерии», - говорит Лэнг. У эукариот (например, червей) он встречается реже, но время от времени случается. Например, тихоходки, которых иногда называют «водяными медведями», постоянно подхватывают подобные гены.
В данном случае ледяной червь стал жертвой очень счастливой случайности. Поглощённый фрагмент митохондриальной ДНК оказался настолько эффективным для выживания, что быстро распространился по всей популяции ледяных червей. Сегодня этот механизм кажется универсальным среди видов ледяных червей, и ледяные черви - единственные известные на Земле существа, которые производят энергию таким способом.
Загадка меланина
Другая большая загадка, окружающая ледяного червя, связана с его окраской. Хотя парадная платформа Кордовы с ледяным червём бело-голубая, настоящие ледяные черви - чёрные. Своим цветом они обязаны аномально высокому количеству меланина, который содержится не только в их коже, но и глубоко в мышцах и органах.
Некоторые учёные, например Хоталинг, считают, что такое количество пигмента помогает им противостоять ультрафиолетовому излучению. По его мнению, меланин может также помогать им поглощать солнечную радиацию, чтобы сохранять тепло. Другие исследователи считают, что у него должна быть другая цель. Ведь многие животные, приспособленные к холоду, - от тихоходок до антарктических насекомых - полны меланина.
«Меланин обладает уникальными электрическими свойствами. Он проводит электричество. Сейчас ведётся много исследований по его использованию в биоэлектродах и биосенсорах для биомедицинских целей», - говорит Лэнг. Она подозревает, что арктические животные, такие как ледяной червь, используют меланин для более эффективной выработки энергии.
Всеми любимый червь
Конечно, ледяной червь может обладать самыми современными клеточными механизмами. У него может быть электропроводящая кожа и мышцы. И он может путешествовать от ледника к леднику на ногах птиц. Но не поэтому он покорил сердца многих.
Фото: smithsonianmag.com
Сейчас, 63 года спустя, фестиваль ледяных червей в Кордове проходит так же, как и всегда. Фейерверки по-прежнему остаются неизменным атрибутом, так же как и огромный костюм червя. Современный праздник длится целых восемь дней и включает в себя конкурс по вылавливанию устриц, баскетбольный турнир для взрослых, соревнования по криббеджу и конкурс красоты. Победительница конкурса становится «Мисс Ледяной Червь» этого года.
В этом году фестиваль проходил с 27 января по 3 февраля. Волонтёры очистили от пыли гигантского ледяного червя и создали парадные платформы. Местные танцевальные группы подготовили номера. Хейден, которая входит в комитет по организации фестиваля ледяного червя, говорит, что в нём участвует почти весь город, а ещё сотни гостей приезжают из соседних городов.
«Фестиваль действительно особенный для Кордовы. Это наш старейший фестиваль, и он был создан силами жителей и для жителей», - говорит она. «Я думаю, это говорит о стойкости и упорстве наших жителей и подчёркивает, что мы действительно являемся сплочённым сообществом. В нашей истории были взлёты и падения. Но вот уже 63 года, в дождь или в снег, люди выходят на улицы после праздников, чтобы устроить фестиваль».