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“杀不死”的水熊虫是何方神圣?

(文/Matt Simon)1933年,纽约一家地下酒吧的主人和他的三个小伙伴决心踏上一条毫无新意的犯罪之路:为酒吧里最大的酒鬼麦克·马罗伊( Mike Malloy)买三份人寿保险,然后干掉他。

首先,他们给他灌了分量惊人的白酒,发现光靠酒精不管用,所以开始下毒。麦克毫不介意。接下来是腐烂沙丁鱼、玻璃碴和金属屑三明治。据说麦克很喜欢这一组合。然后他们把麦克丢进雪堆里、在他身上浇冷水。麦克岿然不动。然后他们开一辆出租车碾了过去,只是弄断了他的胳膊。最后他们费了九牛二虎之力终于成功了——让麦克喝得烂醉如泥,拿一根管子通到他的喉咙里,灌了他一肚子煤气。
 
恐怕没几个人能比“瓷实麦克”更结实了,但比他更结实的生物倒是在我们脚下有不少——地球上最顽强的生物之一,缓步动物(tardigrade),更常见的俗名是“水熊虫”(因为它看起来像可爱的多腿小熊)。这种微小的动物对几乎所有的东西都有抵抗力:煮,冻,辐射,丢真空——它都很难死掉。要不是它个头太小的话,恐怕消灭几个玻璃碴三明治也不在话下。
 
水熊虫的绝招是所谓的“隐生”(cryptobiosis),把生命代谢放慢到几乎停止的程度。进入休眠态时,它的身体含水量可以降到仅仅3%,是名符其实的“脱水”。但是只要把水加回去,水熊虫就能像瓷实麦克一样复生,用它名为“口针”的特殊口器刺穿藻类等生物,吸取里面的营养。
 
“它们可能是我们所知的动物中最极端的生存专家”,北开罗莱纳大学的生物学家鲍勃·戈德斯坦( Bob Goldstein)。“人们老说什么‘杀不死的小强’,照我看,等蟑螂都死到不能再死的时候,我们还能找到脱水的水熊虫,加了水之后还能活蹦乱跳。”
 
这种脱水“冬眠”并不是只睡一个冬天,这和真的熊可不一样(水熊虫是无脊椎动物)。据我们所知,水熊虫脱水至少十年后还能照常复苏,只是可能会发现它们的衣服突然不时兴了。
 

水熊虫的扫描电镜显微照片。和普通的熊一样,它们有爪子用来帮助走路。剩下的基本上所有东西都和普通的熊不一样。图源:Bob Goldstein / Vicky Madden

瓷实麦克能在冰天雪地里谈笑风生,但水熊虫在隐生状态下所能承受的低温就简直匪夷所思了。它可以在零下272摄氏度的实验室环境里存活,这种温度下连物质的存在形态都变得奇怪了。
 
正常情况下,生物体内的原子都在疯狂地振荡,到了这种低温下这些原子几乎都静止了——可是水熊虫还能活着。更加难以置信的是,要知道水熊虫是有大脑的。的确,这是个相对简单的脑,但毕竟也是神经元组成的,而且能熬过脱水到3%和-272℃的低温而近乎毫发无伤……
 
水熊虫还能忍受六倍于最深海底的压力。甚至有一次实验把一批水熊虫暴露在真空中长达10天,最后竟然还有几只没有死掉。(顺便一说,人类在真空中最多也就能活上两三分钟吧。1965年有个NASA的倒霉哥们在真空室里不小心让他的宇航服失压了,15秒之后他就失去了意识。他醒来之后说,他昏迷前最后的记忆是舌头上的水在沸腾——我猜这感觉应该和跳跳糖差不多,只不过对你身体的害处恐怕更大。
 
回到水熊虫。它们可以承受的辐射剂量数百倍于人类。它们对热水也没什么意见——哪怕是150摄氏度的热水。所以问题是,为什么?为什么要演化出这种存活能力,能在只有科学家实验室搞出来的低温和高压里生存呢?在人类诞生之前,地球上根本就没有出现过这种环境啊!
 
水熊虫甚至没有生活在那些极端环境里,比如某些细菌喜欢的沸腾热泉。所以过去这些年来人们爱说它是“嗜极端生物”,这并不合适。它能忍受这些极端环境并不意味着它就会主动去寻找。
 
事实上,它们最喜欢的是世界各地最经典最常规的土壤、沙地和苔藓。我是说,你是愿意住在沸酸湖里的青旅呢,还是愿意在沙滩度假上喝藻类鸡尾酒呢?
 
但这不意味着水熊虫的天堂里没有麻烦。“如果你生活在土壤里,”戈德斯坦说,“脱水的威胁是无处不在的。”比方说,如果太阳晒干了土壤表面的话,一种策略是往土壤深处钻,但“如果你钻得太深,食物就不怎么多了。所以它们的生活很可能像是走钢丝,既要获得食物,又要面对晒干的危险。”
 

刚刚孵化出来的水熊虫,其DNA标记为蓝色。

所以,水熊虫难以置信的求生技能可能仅仅是土壤里艰难生活的自然产物,而抵抗闻所未闻的低温和高压只不过是这一脱水策略的额外福利。但另一个更让人困惑的问题是,它怎么办到的?戈德斯坦的实验室正在研究这一点,他认为水熊虫可能不仅仅是靠一个简单的绝招,而是一系列策略来忍受干燥,最终复活。

 
“有一种机制我们是知道的:有些耐干燥的动物会制造一种名为‘海藻糖’(trehalose)的糖类,”他说,“脱水逐渐进行时,海藻糖会逐渐地‘取代’水,在本来有水的地方形成透明层,这很可能避免了很多脱水或复水时的常见伤害。”但是,水熊虫有1000种左右,并非所有种类都会合成这种糖,所以一定有某些别的诀窍。
 
讽刺的是,这些顽强的生物在实验室里养殖却很困难,但戈德斯坦的团队在别人失败处取得了成功。这项成功应该归功于英格兰的一间小棚屋,住在这里的一个普普通通的老头子掌握了水熊虫的繁育技术,把它们卖给当地学校做实验用。事实上,他的繁育如此成功,都不用外出重新取种。这些水熊虫的后裔现在在戈德斯坦的实验室里爬来爬去,完全没有意识到它们免受中学生天天折磨是有多么幸运。
 
“有些生物就是没法在实验室里养,”戈德斯坦说,“你把它们拿进来、试图模仿外面的环境,但它们就是不长。所以我们其实很幸运,人们向来为水熊虫在实验室中难以连续传代而苦恼,可是这个英国人却弄明白了。”

扫描电镜下三只尴尬地拥抱在一起的水熊虫。“说你呢,仨抱在一起算什么事儿啊,麻烦起来走两步好吗。”图源:Willow Gabriel

由于这项突破,戈德斯坦等人正在考虑让水熊虫成为实验室的新一代果蝇。水熊虫的小体积意味着实验室里能装一堆,而且它们繁殖快速、基因组也紧凑。何况它们比果蝇可爱多了,也不会掉进你的可乐里面。
 
托马斯·布斯比,戈德斯坦手下的一位博士后,正在研究水熊虫如何在室温下熬过脱水,并在考虑将之应用在疫苗中。毕竟,疫苗的成本里面,有一大部分来自于全程冷链运输。如果水熊虫能告诉我们如何在室温下让疫苗保持活性呢?
 
我还会建议大家利用水熊虫的力量来让人体冷冻和复苏终于成为现实,这肯定比大家预计的早很多;也许再过几年我们就可以把现在那些躺在冰柜里的人都给复活过来,告诉他们现在已经是2149年,但世界还是一团糟。看他们的失望之情肯定超好笑的。好吧,也许不太道德。但绝对是超好笑的。
 

编译自:Matt Simon.Absurd Creature of the Week: The Incredible Critter That’s Tough Enough to Survive in Space.WIRED

 

 

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发布于2014-03-24, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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古生物学博士生,科学松鼠会成员

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