水熊虫是何方神圣?竟有可能在月球上生存?

水熊虫是何方神圣?竟有可能在月球上生存?

▲看上去有点像外星生物的水熊虫(假想图)。图/图虫·创意

它可能是人类已知的在太阳系中分布最广的生物。

你知道,月球上已经有生命了么? 月球上的生命,源自于地球人的一次失误。去年4月,以色列的首个登月航天器创世纪号因为计算失误,坠落在了月球表面。这艘航天器,携带者数千只包裹在环氧树脂中的水熊虫,据该项目的赞助者称,这些水熊虫在月球上存活下去的几率,很大。

水熊虫是何方神圣?竟有可能在月球上生存?

▲创世纪号登月航天器。图/The Arch Mission Foundation

这里没有水、食物,也没有空气,周围还有无休止的太空辐射,地球上的生命,怎么可能活下去呢?

“地表最强”的特技——隐生

水熊虫之所以被认为能够在月球上活下去,是因为它们拥有着“地表最强”的特技——隐生 :在恶劣的环境中,水熊虫就缩成一个小桶状,把自己身体的含水量从85%骤降至3%,新陈代谢水平仅维持在平时水平的0.01% ,只为能够活下去。

水熊虫是何方神圣?竟有可能在月球上生存?

▲在隐生时,水熊虫会蜷缩起来形成一个“小桶”。图/Wikipedia

为了研究水熊虫的隐生能力,人类曾为它们制造了各种极端环境,以试探它的“底线”。在这些残酷的实验里,水熊虫一次次地扛了下来,这要是换做别的生物,早就扑街了。 贝克大学的生物进化研究者威廉·米勒曾在西奈沙漠的一块岩石下发现了隐生的水熊虫。“要知道,那里可是25年来从未下过一滴雨!它们就这样静静地等着,不吃不喝几十年,直到水漫过了这里,然后像浸湿的海绵一样活过来,就像什么都未发生 。”

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▲航拍西奈半岛上的沙漠。图/Wikipedia

除了能应对干旱,水熊虫无论是面对高温还是低温,都能泰然处之 。在水熊虫中,有一些“真的猛士”,能够忍受仅高于绝对温度1摄氏度,即零下272摄氏度的低温,而另一些,则在150摄氏度的高温中存活了下来。虽然,在极限的冷与热之中,隐生的它们也仅能坚持几分钟,但对地球生命来说,这已经可以算得上是超能力了。 高压或是低压的真空,水熊虫也能从容应对 。有的水熊虫,可以承受6000倍的大气压,这相当于地球上最深的马里亚纳海沟底部压力的近6倍;而在2007年的一次外太空实验中,一个欧洲研究小组将一批水熊虫“绑”在FOTON-M3火箭外面,绕地球飞行了10天,当这批“宇航虫”返回地球后,科学家发现有68%的个体都存活了下来。

水熊虫是何方神圣?竟有可能在月球上生存?

▲执行STS-111任务的奋进号航天飞机。在2011年5月,意大利的科学家将缓步动物与其它嗜极微生物(如耐高温、耐高盐度的细菌)带上了执行STS-134飞行任务的奋进号航天飞机。图/Wikipedia

要知道,在太空中不仅有真空低压的考验,还有致命的辐射。水熊虫忍耐辐射的能力比人类强1000倍:对人类来说,5到10戈瑞(Gy)的辐射足以致命,但隐生状态下的水熊虫却能忍受5000戈瑞的伽马射线或6200戈瑞的重离子辐射。 真不知道水熊虫都经历过什么,以至于让它进化出如此彪悍的忍耐能力! 强大的适应性,让水熊虫遍布全球 ,科学家们甚至认为它会随风飘散,在大气中进入隐生状态,然后在新的环境中活过来,繁殖,壮大。

从海拔6000米的喜马拉雅的山坡上,到深度4000米的深海海底,从南极大陆的冰层下方,到赤道的热带雨林,从你家后院,到墙角屋顶,水熊虫几乎无处不在。不过,相比起干燥、寒冷或炙热,它们最喜欢湿润、温和的环境,因为它其实是一种水生动物。池塘、湖泊和草地,才是理想的家。

另外,多亏了以色列人,月球上也有了水熊虫的分布。这样看来,它应该是人类已知的在太阳系中分布最广的生物了吧?

水熊虫为什么这么牛?

水熊虫的操作如此逆天,以至于有人对它们的身世动起了脑子。一家叫做VICE的纪录片公司,甚至信誓旦旦地说它们是一种起源于外星的生物——因为它们能在太空中活下来。米勒对于这些坊间传闻嗤之以鼻:“虽然水熊虫在太空中生存的能力是独特的,但我们没有理由相信它们是出于太空旅行的原因而进化出如此的本领 。”

水熊虫是何方神圣?竟有可能在月球上生存?

▲水中的水熊虫。图/Wikimedia

2015年,曾有遗传学家对一种淡水水熊虫进行了测序,他们发现水熊虫的许多基因都来源于其它生物,于是提出了水熊虫通过“吸星大法”获得能力的论断。这种神奇的结论最终被定性为一场“乌龙”,原来是他们的样本被污染了......事实证明,这种水熊虫的外源基因仅占总基因量的1.2%,这就是说,水熊虫的能力,是自己演化出来的

其实,水熊虫并不是一种动物,而是由1000多个物种组成的缓步动物门的统称 。它们都长着桶形身体和四对短粗的腿,走起路来的样子类似熊漫步时的步态,所以被称为水熊虫(Waterbear)。

水熊虫非常小,最大的种体体长也就是1.2毫米,其余大多数种都仅有0.3到0.5毫米。它们的猎物包括以线虫、细菌、藻类、螨虫,甚至是小型的同类,它们管形的嘴上长有探针,可以用来刺破猎物的外壁。

对于环境的高耐受性,让水熊虫成为了地球上的开荒者 ,当水熊虫安家落户之后,它又可以作为食物,为后来的动物提供养料。但是,水熊虫也有称霸的时候,如今在南极的冰层下,因为没有“更高等级”的捕食者,它就成为了站在食物链顶端的生物。

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▲趴在一粒沙子上的水熊虫。图/Wikipedia

水熊虫的化石,可以追溯到白垩纪时期,但是因为它长得过于奇特,所以直到分子进化分析技术出现之前,人们一直不能确定它的亲戚是谁。经过现代分子技术的研究,水熊虫被认为属于泛节肢动物,和它同源的,是包含了有天鹅绒虫和节肢动物门(甲壳类和昆虫)的叶足动物。 科学家们发现,当水熊虫进入隐生状态时,它会用一种叫做海藻糖 的分子填充细胞,这种物质,不仅能够替代水分,还能“束缚”住余下的水分 ,让它们不至于在高温或低温的作用下迅速膨胀从而破坏细胞。

水熊虫是何方神圣?竟有可能在月球上生存?

▲艺术渲染后的水熊虫。图/视觉中国

通过对水熊虫基因组的研究,科学家们还找到了水熊虫对抗辐射的独门秘诀——损伤抑制蛋白 ,这种蛋白质从水熊虫的胚胎时期就开始大量表达,它可以结合在DNA上,并作为“护盾”抵抗辐射损伤。当科学家让人源细胞通过转基因也表达了同一蛋白后,辐射后细胞的损伤较对照组减轻了40% 。 当然,即便是拥有逆天能力的水熊虫,也不能抵抗环境的骤然变化 。在今年1月刚刚发布的一项研究成果中,隐生状态下的水熊虫,当面临一小时内加温到150摄氏度的实验环境时,存活率仅为50%,当然,处于非隐生状态下的水熊虫的存活率更低。如果把加温的时间延长到24小时,那大部分的水熊虫,都能成功渡过难关。

我们为什么要关注水熊虫?

科学家们用各种极端环境来“虐待”水熊虫,到底是为了什么?要知道,想制造出极端的实验环境,也不是很便宜呢。 我们研究水熊虫,肯定不是因为好玩,更不是有什么奇怪的癖好,而是为了要向它“取经”。

水熊虫是何方神圣?竟有可能在月球上生存?

▲国际上还有水熊虫研究会议,这是第12次会议的会标,LOGO中的水熊虫非常可爱。图/12th International Symposium on Tardigrada

水熊虫强大的基因修复能力,或许能引领我们找到新的基因药物,来攻克癌症,甚至是延长寿命 ,短期内,我们还可以用它抗辐射的能力来改良防晒霜。 水熊虫能在太空中生存,这激发了天文学家的热情,他们开始重新审视其它星球上存在生命的可能性。 当然,最为重要的是,水熊虫在极端环境下隐生时,身体并不会老化。虽然大部分水熊虫的寿命仅有3、4个月,长的也不过两年,但通过隐生,它们可以多“活”出几十年的时光 ,到了有水的环境中又恢复回来。这样的场景,是不是有些似曾相识?没错,许多科幻电影中的太空休眠舱 ,用的不就是这个技术么?

水熊虫是何方神圣?竟有可能在月球上生存?

▲科幻电影中的太空休眠舱。图/《异形》

不过,迄今为止我们对于水熊虫隐生能力的研究,也还处于起步阶段,对于它从隐生状态复原的原理,更是知之甚少。未来,我们将从这些小家伙身上学到更多的知识,因为这其中,或许就隐藏着你我太空漫游、或是长生不老的钥匙呢!

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