「三體人」出現?這種生物也能讓自己脫水!

北京科學中心 發佈 2024-01-23T08:37:20.463620+00:00

眾所周知,蟑螂號稱「打不死的小強」,生命力十分頑強,但是把它凍進冰箱,或者淹到水裡,又或者高溫烘烤,用射線輻射,顯然小強可能也要挺不住。

眾所周知,蟑螂號稱「打不死的小強」,生命力十分頑強,但是把它凍進冰箱,或者淹到水裡,又或者高溫烘烤,用射線輻射,顯然小強可能也要挺不住。可是,如果我說有一種蟲子要比「小強」還「小強」,火燒水泡乾燥寒冷輻射全不怕,會不會讓你覺得汗毛倒豎起來?

先別怕,這種蟲子雖然有,但是卻小到人的肉眼幾乎難以分辨。它們就是大名鼎鼎的水熊蟲


水熊蟲的生命力有多頑強?無論是在對於人類極熱極寒、還是極度乾燥、極端輻射的環境下,它都能順利地生存下來,也因此,水熊蟲被稱為「地表最強生物」


那麼,為什麼水熊蟲的生存能力如此強悍?它的這種能力可以被人類所使用嗎?


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水熊蟲是什麼生物?

水熊蟲,是緩步動物門下各個物種(Tardigrade)的一種俗稱,因為在放大鏡下看,它們圓圓胖胖的身體酷似一隻八條腿的小熊,同時又生活在潮濕有水的地方,所以「水熊(waterbear)」這個名字確實是很貼切。


水熊蟲通體透明,有著4對粗短的附肢,附肢的末端有小爪或吸盤,它的身體表面還覆蓋了一層水膜,以保持身體濕潤。它的生存區域廣泛,從喜馬拉雅到深海均有分布,體長特別微小,約為50微米到1.4毫米,其中較小的種類只能用顯微鏡才能看到。

前面也說過,水熊蟲的生命力特別強,遇上高溫、極寒、高壓、低壓、缺氧和輻射等多種惡劣環境,它們都能很好地生存下來。


比如,在151℃高溫條件下,水熊蟲能夠存活2分鐘,在零下200℃甚至能生存數天,在零下20℃可存活30年以上;輻射環境下,它的致死劑量是人類受輻射致死劑量的幾百倍;深海高壓環境下,水熊蟲能承受海洋最高壓的6倍壓力,而鋼鐵在這種環境下早已被擠壓變形了。


那麼,為什麼水熊蟲這麼頑強呢?


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為何水熊蟲這麼神奇?

水熊蟲之所以能在各種惡劣環境下生存,得益於它的極限生存能力——「隱生」(Cryptobiosis)狀態,在極端的惡劣環境下,水熊蟲可以控制身體做出適宜的變化,來度過極端不適宜生存的環境。


所謂隱生,指的是緩步動物用來抵禦不良環境的一種狀態。在隱生的過程中,水熊蟲會以「小桶狀態」(Cask Phase)的形式存在,具體表現為身體蜷縮成桶狀,同時背側甲片之間的角質層收縮,甲片層疊到一起。整體縮起來,變成一個類似「小桶」的狀態。

隱生的方式分為四種,分別是低濕隱生(Anhydrobiosis)、低溫隱生(Cryobiosis)、缺氧隱生(Anoxybiosis)和變滲隱生(Osmobiosis)


低濕隱生,即環境缺水狀態下發生的隱生形式。環境含水量少時,水熊蟲會產生蛋白質來替代身體缺失的水分,待環境含水量充足時,水能夠溶解水熊蟲細胞中的蛋白質,重新填滿細胞。


低溫隱生,即環境溫度較低時發生的隱生形式。水熊蟲被冷凍時會進入「小桶狀態」,在此期間新陳代謝減弱甚至完全停止,待到環境升溫後則解凍甦醒過來,在這個過程中,大部分水熊蟲的身體都不會出現損害。


缺氧隱生,即周遭環境含氧量極低的狀態下發生的隱生形式。水熊蟲會先將身體收縮,隨後伸展到最大狀態,但仍處於窒息狀態,待氧氣充足後恢復活動能力。


變滲隱生,即周遭環境滲透壓升高的狀態下發生的隱生形式。這種隱生較為少見,尚未被完整觀察研究。


水熊蟲的神奇能力,自然而然地吸引了許多科學家們的關注,水熊蟲也被應用到許多領域開展科學研究。


比如2019年,水熊蟲就曾被以色列的登月飛船帶上月球,但這艘飛船著陸失敗墜毀了,不幸墜機的水熊蟲是否倖存下來,並在月球上落地生根,目前還沒有確切消息。

2022年,另一個研究團隊利用水熊蟲進行一項量子糾纏實驗,他們聲稱水熊蟲可以實現短時間的量子糾纏,不過這個實驗還未得到同行評議,結論尚未明確。


除此之外,在醫學領域,水熊蟲也做出了很大的貢獻。


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水熊蟲蛋白穩定血友病藥物

前段時間,美國一間大學的科學家在《science report》雜誌上發表一項研究結果,聲稱水熊蟲蛋白可以用於穩定某種血友病的藥物,且不需要冷藏。


人類的凝血反應包括兩種途徑:內源性和外源性途徑,無論是哪種途徑,都需要凝血因子Ⅷ(圖中橙色高亮顯示)的參與,才能正常凝血。而血友病患者是由於體內缺少了凝血因子Ⅷ,從而導致凝血功能出現障礙。

來源|《Natural and engineered mediators of desiccation tolerance stabilize Human Blood Clotting Factor VIII in a dry state》

但是,凝血因子Ⅷ有個特點,它天生不太穩定,需要提供恆定的低溫條件和存儲條件才能維持,否則很容易分解。


因此,如果能讓凝血因子Ⅷ在多種環境下保持穩定,那對於相關血友病藥物的輸送和保存都有重大作用,而水熊蟲正好有這樣的本領:在乾燥的環境中,水熊蟲會產生蛋白質去替代缺失的水,在有水之後,水會重新充滿細胞溶解蛋白質。研究人員認為,理解這一機制對人類有益,比如在沒有冷藏的情況下保存活疫苗。


因此,這些科學家們試圖藉助從水熊蟲中提取的蛋白質和糖基介質,在實驗條件(反覆脫水、水合循環、熱應激、長期乾燥等)下對凝血因子Ⅷ的穩定性進行實驗,結果發現水熊蟲的蛋白質可以幫助使凝血因子Ⅷ保持穩定狀態。

水熊蟲的這個實驗,如果得以深入研究推廣,就能更好地在一些不發達、偏遠地區或者惡劣環境下部署生物製劑資源。


總而言之,關於「地表最強生物」水熊蟲身上的秘密,仍有待我們進一步的了解和發現,希望有朝一日,這類生命力頑強的動物能夠為人類提供更多戰勝疾病的新方法。

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