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Keywords:

  • Tardigrada;
  • anhydrobiosis;
  • cosmic radiation;
  • extreme freezing;
  • vacuum

Abstract

Most terrestrial tardigrade species possess the ability to enter a reversible ametabolic state termed anhydrobiosis in response to desiccation. In the anhydrobiotic state, tardigrades display an incredible capacity to tolerate extreme environmental stress, not necessarily encountered in their natural habitat. In this study, we determine the effect of different extreme stresses on initial survival, long-term survival and fecundity of selected species of limno-terrestrial tardigrades. The primary focus was to assess the effect of cosmic radiation. This was achieved through the RoTaRad (Rotifers, Tardigrades and Radiation) project on the BIOPAN 6 mission, funded by Agenzia Spaziale Italiana under the European Space Agency. To test their tolerance of space environment, tardigrades were sent into low earth orbit, and exposed to cosmic radiation and a microgravity environment. Experiments on Whatman-3 filters show an effect of cosmic radiation on the survival of the eutardigrade Richtersius coronifer just after returning to Earth; however, after 2 years of desiccation on Whatman-3 filters, none of the tardigrades previously exposed to cosmic radiation could be revived. In a microcosmos experiment, the tardigrades R. coronifer, Ramazzottius oberhauseri and Echiniscus testudo were desiccated on a moss substrate together with rotifers and nematodes. Very low survival rates were observed in this experiment, likely due to the applied desiccation protocol. Embryos of the tardigrade Milnesium tardigradum were also exposed to cosmic radiation; they all hatched in the laboratory after the flight. In addition, experiments testing extreme cold and vacuum tolerance in R. coronifer show that tardigrades in anhydrobiosis are unaffected by these conditions.

Riassunto

Molti dei tardigradi che vivono in ambiente terrestre sono capaci di sopravvivere alla disidratazione del loro ambiente ricorrendo a una particolare forma di dormienza detta anidrobiosi. Durante l’anidrobiosi, è noto che i tardigradi tollerano stress che possono andare ben oltre quelli tipici del loro ambiente naturale. Seguendo questa linea di indagine, in questo studio abbiamo valutato la risposta di tardigradi a condizioni estreme in termini della loro capacità di ripresa, e della successiva sopravvivenza e fertilità. L’esperimento RoTaRad, che ha avuto luogo nella’facility’ BIOPAN6 (di ESA) all’esterno del vettore Foton 3, ed ha volato intorno alla Terra per 10 giorni esposto alle condizioni dello spazio, ha dato l’opportunità di valutare l’effetto di radiazioni cosmiche e di ‘microgravità’ su tre specie di tardigradi. Gli animali sono stati disidratati in condizioni controllate su due substrati: filtri Whatman 3 (Richtersius coronifer), e muschio (microcosmo: Richtersius coronifer, Echiniscus testudo, Ramazzotius oberhauseri, insieme a nematodi e rotiferi bdelloidei). I risultati ottenuti dalla reidratazione dei filtri, con R. coronifer, suggeriscono che le radiazioni cosmiche non hanno inficiato la sua capacità di ripresa dopo l’esposizione, ma filtri paralleli tenuti disidratati per due anni non hanno registrato alcuna ripresa. Nel microcosmo le specie di tardigradi hanno mostrato una bassa ripresa, forse a causa del protocollo di disidratazione seguito nella preparazione dei campioni che ha dovuto essere lo stesso per tutti i taxa. Un ulteriore set di campioni esposti alle radiazioni cosmiche era rappresentato da embrioni di Milnesium tardigradum: tutti hanno completato lo sviluppo e sono nati in laboratorio. Ulteriori esperimenti sono anche stati condotti presso l’Università di Copenhagen esponendo R. coronifer disidratato al freddo e al vuoto: la ripresa è stata molto elevata.