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最强生物水熊虫：真空中辐射十天还能繁衍

2017-04-26 18:43:17

　　从6000多米高的喜马拉雅山脉到4000多米深的海沟，从超过沸点的水温到冻在冰川里30年，它们能安然存活。“丧心病狂”的科学家们乃至把它们带上太空，暴露在高剂量辐射的真空中10天，它们还能照旧繁殖。这类世界上生命力最顽强的生物门类就是缓步动物门（Tardigrade），它们更加人熟知、也更“萌”的名字是水熊虫（water bear）。

最强生物水熊虫：真空中辐射十天还能繁衍

　　科学家们1直在试图揭秘水熊虫顽强的生存能力，特别是水熊虫的“泡发”进程：在极端干旱的情况下，水熊虫的细胞会完全脱水，但1旦接触到水，水熊虫的生命活动又会完全复苏。美国北卡罗来纳大学（UNC）发表在最新1期《细胞份子学》（Molecular Cell）上的文章指出，1种叫做无序蛋白（disordered protein）的物资多是解开谜团的1把钥匙。在脱水状态，水熊虫细胞内的无序蛋白会给其他关键的份子，比如其他蛋白质，筑起1层玻璃状的保护壳，直到缺水状态消除。

　　水熊虫泛指缓步动物门下的几千种水生生物，大小从0.1毫米到1.5毫米不等，共有4对足，由于生存能力强大，几近无处不在。科学家在初期就已发现水熊虫的这类特性并对此展开研究。2007年9月，瑞典克里斯蒂安斯塔德大学生态学家K.IngemarJ？nsson为了让水熊虫挑战更卑劣的环境，拜托欧洲航天局（ESA）把两个品种的水熊虫带入了1艘俄罗斯无人太空飞船，代号为Tardis(Tardigrades in space，与著名科幻英剧Doctor Who中的时光机器同名）。

　　当太空飞船抵达近地轨道时，实验正式启动，水熊虫被分为4组。其中1组水熊被安置在了真空环境中，但不受任何辐射侵袭。另外2组被暴露在真空和1种辐射的环境中（其中1组的辐射为A紫外线，另外一组为B紫外线）。最后1组被暴露在真空和两种辐射叠加的环境中。10天后几近所有的水熊虫都“干涸”了。但他们在太空飞船中接触到1点点水后，4组水熊虫都迅速“复活”了。几天后，B紫外线组的生存率跌至10%⑴5%，而综合辐射组无1幸存，但这些早逝的水熊虫也在死亡前繁殖出了正常的后代。

　　这个实验结果让科学家们更迫切地期望找到水熊虫顽强存活的秘方。他们推测，水熊虫中可能存在1些特殊的耐胁迫物资，比如1些特殊的蛋白质。抗旱和抗辐射能力是非常实用的“超能力”。如果能把水熊虫的抗旱秘方转移到农作物和疫苗上，农作物就可以适应更干旱的环境，疫苗则可以方便地干燥储存、运输，免去了冷冻的本钱。而抗辐射能力更是使人遐想：在未来可能的太空旅行、火星移民计划中，太空辐射都是1道使人头疼的阻碍。如果人类向水熊虫学习到抗辐射能力，就有了在太空间旅行的资本。

　　学界首先在抗辐射能力上打开了突破口。2015年，就是北卡罗来纳大学的这个团队在水熊虫体内发现了相当1部份外源基因，他们认为水熊虫之间存在高水平的基因横向转移（HGT)现象，从而让水熊虫不断吸收抵抗极端环境的基因。

　　但是，这1结论遭到质疑，许多学者认为是该团队的实验样本遭到了污染，2016年，日本东京大学的1个研究团队指出，他们并没有在水熊虫上发现基因横向转移，但发现了1种抗辐射的特殊蛋白Dsurp(damage suppressor,伤害防御机制），它能在辐射环境中对DNA和其他核心份子进行保护。研究者将这类带有特殊蛋白植入人类细胞的DNA中，并将这些修改过的细胞暴露在X射线下，实验结果是X射线引发的DNA损伤下降了大约40%，细胞的辐射抵抗能力也得到了整体提升。

　　这次，UNC又发现了另外一种蛋白质“金钟罩”，可以在缺水时期保护水熊虫细胞。这是1类名为固有没有序蛋白（IDP）的蛋白质。实验发现，当各类水熊虫开始变干燥时，他们要末开始延续生成无序蛋白，要末生成蛋白的TDP基因开始高水平表达。无序蛋白和1种名叫海藻糖的糖类合作，在干燥的细胞体内构成非晶态固体（non-crystalline amorphous solid，又称玻璃体，可看做过冷液体，如玻璃、松香、明胶等）。这个玻璃金钟罩将1些核心份子，比如其他蛋白质包裹住，避免他们变性、溶解和分解。研究人员认为无序蛋白在水熊干燥的进程中充当了1名“功能性调理者”，帮助水熊虫细胞在玻璃化状态和遇水复苏状态间切换。

　　为了测试水熊虫的蛋白质金钟罩在其他生物中的表现，他们重新编辑了酵母菌和细菌的基因，使他们开始分泌水熊虫独有的1种固有没有序蛋白，CAHS蛋白。酵母菌和细菌的抗干旱能力都大大提高。这证明了水熊虫的抗干旱秘方可以被其他原核和真核生物“借用”。

　　现在你是否是也很想见识1下这类奇异的生物呢？根据BBC1篇科普文章的指南，只要你采下1块苔藓，把苔藓泡在水里，接着把苔藓里的水沥出来，放到显微镜下，你就可以看到顽强的水熊虫了。

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