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标题: 环境越好寿命越短的超级生物 水熊虫脱水休眠蛋白护激基少 [打印本页]

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作者: 邓文龙    时间: 2018-6-23 17:58
标题: 环境越好寿命越短的超级生物 水熊虫脱水休眠蛋白护激基少


张磊科学网  博客  博文

环境越好寿命越短的“超级生物”，它们交配方式更让人惊奇  精选

脱水休眠 这一绝招能将新陈代谢降到正常水平的0.01%，几乎到了要停止代谢的地步  酶减氧化损伤   高温、高碱、高压、缺氧、缺水等环境下，它统统有办法活下来   水熊能够产生一种"生物玻璃"，将其关键的蛋白质以及分子保持在悬浮的状态  构成生物玻璃的成分是一种叫做IDP的蛋白质   水熊虫体内还缺少了部分与环境应激有关的基因  激基少

就连在充满辐射的外太空中它也能存活好几个星期不死，是唯一能在太空存活的生物

已有 2614 次阅读 2018-6-21 20:53 |系统分类:科普集锦

【SME】原创

水熊虫大概是当今科学界的网红了。

最为人熟知的就是它怎么杀都杀不死的特性：

高温、高碱、高压、缺氧、缺水等环境下，它统统有办法活下来。

就连在充满辐射的外太空中它也能存活好几个星期不死，是唯一能在太空存活的生物。



3D版的水熊虫

虽说水熊虫有着如此强大的生命力，能在各种极端环境下生存。

但它在我们生活中无处不在，尤其喜欢待在潮湿的环境中，过着安稳的生活。

从某种意义上，这些生存技能是水熊虫为了过好小日子才进化出来的额外福利罢了。

换句话说，它拥有的一切强大技能是因生活所迫意外练就的。

正因如此，一个平均只有几百微米的小不点成为了地球上最顽强的生物。



水熊虫其实并非一个物种，而是由1150多个物种组成的缓步动物门的统称。

它们的脸大都胖乎乎的且堆满了皱纹，身体长着八只锋利的爪子，外形差别不大。

这些看起来吓人又有点可爱的小虫刚出生时一般只有50微米。

即便长到成虫之后，最大也就几百微米左右，人类在高倍放大镜或是显微镜下才能看到它们。

因此，这种活了将近5亿多年的生物，直到1773年才首次被一位叫哥策的神父描述出来。

不久之后，多位研究者发现它在缺水的状态下居然会慢慢脱水来维持生存，而当它们得到水份补充之后又可以重新“复活”。

如此神奇的特性一下子吸引了许多学者的兴趣，并开始不断对它进行研究。



一只从脱水状态复苏的水熊虫

水熊虫是以水为家的生物，它们总需要身体周围包裹一层薄薄的水来进行呼吸和移动。

它们中大多数靠着吸食动植物细胞里的汁液为生。少数肉食用性动物，会捕食其他同类。

有意思的是食物也赋予了它们不同的体色。

比如爱吸类胡萝卜素后就变得红彤彤的，爱吸叶绿素则是绿灿灿的等等。



它们几乎遍布在世界上每个地方，横跨山顶到深海和泥火山、热带雨林到南极等等。

有个特点就是偏爱生活在淡水的沉渣、潮湿土壤以及苔藓地衣里，因此它们又被称为苔藓小猪。

不论是在家里后院、公园草丛的土壤还是路边苔藓，甚至小水沟里都很容易找到它们。



不信的话，你改天可以试着将苔藓或土壤带回家，使用低倍显微镜或者是高倍放大镜便可观察到。

没错，它们就生活在我们触手可及的地方。也许我们还在不经意间将它们吃进肚子里了。

庆幸的是，水熊虫无毒无害，也不是寄生类的生物，就算到了我们身体里也能通过肠道的蠕动被包裹在吸收过的便便里被排出体外。



水熊虫看上去生活得很随意，但它们似乎背负着很大的繁殖压力。

科学家研究发现它们繁殖后代的过程远比想象中得复杂，至今仍没有全部参透。

一般来说，大多数动物的交配过程是先射精后产卵。

然而，研究发现水熊虫交配的第一步是雌性产卵。

具体来说，雌性水熊虫会将卵产在外护膜的外层。之后雄性水熊虫就得花上好几分钟的时间找到它们射精的位置。



科学家观察到的水熊交配画面

等到找准位置后，雄性（下图的底部）将雌性的头部包裹住，用前足将自己固定，两者开始相互刺激。

直到雄性水熊虫通过其肛门上方的一个开口，将精子射入雌性水熊虫的外层皮肤为止。

据科学家估算，整个过程大约需要一个小时。

对水熊虫如此微小的生物来说，它们每次交配过程都像跑了一场马拉松，需要持久的耐力。



科学家为水熊虫交配绘制的示意图

科学家基本确定了水熊虫虫卵的受精是发生在雌性水熊虫体外，但关于水熊虫的精子如何进入卵子等问题至今仍是一个迷。

不管怎样，我们可以预见水熊虫为了繁衍后代也算是拼足了劲。

当然，它们也将这种艰苦奋斗的优良作风用于提高生存效率，更好地适应环境的变化。

水熊虫对生活没什么奢求，只要周围有水就行了。

可偏偏太阳猛烈照射，它们就随时面临着脱水的威胁。



为了不被晒干，它们最先采取的是躲避的生存策略，即不断往土壤深处钻。

可一旦钻得太深又面临氧气不足，食物不够等种种困境。

大约是在很强求生欲的刺激下，它们索性就进化出了一种“隐生”的策略。

即它们可以在脱水的环境中先进入“休眠”状态，从而保持能量。

在这种状态下，它会缩回自己的头部和八只脚，变成了一只类似僵尸的“虫干”。

之后，它呆在原地一动也不动，进入一种深度的假死状态。

这一绝招能将新陈代谢降到正常水平的0.01%，几乎到了要停止代谢的地步。



而水熊虫这种休眠状态还能持续相当长的时间，有记录表明，水熊虫最长隐生的寿命可达10年左右。

不过，当它们一旦重新接触到水分，就又会活蹦乱跳起来了。

根据所处的恶劣环境不同，它的隐生技能划分为四种：低湿隐生、低温隐生、变渗隐生（极端ph的条件下）及缺氧隐生。

正是这些脱水隐生的技能，水熊虫能够应付各种极端的生活环境。



早在1842年，一名法国科学家将在隐生状态下的水熊虫加热到125℃并维持了几分钟后，水熊虫还是可以重新复活。

另有研究者将它们浸入-200℃的液态气体中长达21个月，它进入“隐生”后照样能复活。

后续的研究发现，不论是600兆帕的高压、5.7万伦琴的x射线辐射，还是在严重缺水和高浓度盐分的条件下：

水熊虫只要能让自己脱水、进入新陈代谢近乎停止的“隐生”状态，它就仿佛成了怎样都死不了的超级英雄。



2007年，欧洲宇航局还用卫星将数以千计的水熊虫带上太空，并将其暴露在太空环境当中。

当卫星回地球后，科学家发现了大多数水熊虫都活了下来。

要知道，人们还从未发现有生物能在外太空存活过，正是水熊虫打破了这一纪录。

科学家还指出，它们此次的太空之行不仅承受住了真空，也挺过了1000倍于地面的太阳紫外线辐射。



看到这里你可能会忍不住感慨，这样都死不了的水熊虫是否就能获得永生了呢？究竟如何才能杀死一只水熊虫？

答案实在令人大跌眼镜，物理碾压就能轻松地让它寿终正寝了。

通俗地说，人类用手重重地一捏就能将其捏死。

想想不难理解，当它们身体结构遭到破坏时，又怎能再进入隐生状态保护自己呢？

实际上，大多数生活在安逸环境的水熊虫寿命也并不长，一般存活两到三年就结束生命了。

正所谓生于忧患、死于安乐。

只有处在恶劣的环境中，水熊虫才会进入“隐生”状态，活得长久。



一直以来，科学家们对其隐生的研究兴趣也是有增无减。

美国北卡罗来纳大学的托马斯·布思比团队率先获得突破。

他们通过研究发现，水熊虫身上有6000种基因并不是自己的，而是来自外界的“外源基因”。

这些外源基因占自身基因总数的六分之一，大都是来自水熊虫身边的真菌、植物、细菌等不相关的生物。

有人将水熊虫比喻为生物界的江洋大盗，热衷于四处盗取其他生物的基因。



产卵的雌性水熊虫

在这基础上，中山大学生命科艾云灿教授将此行为归类为“基因水平转移”，提出水熊虫会从其他生物那里获得环境耐受基因的假说。

但不久之后就有科学家对该研究提出质疑。

其中，英国爱丁堡大学小组的研究指出水熊虫可转移的基因数量其实并没有那么庞大，只在35-500个之间。

而在动物基因组中，这也是较为常见的范围。同时，他们指出之前的研究可能是基因组数据被微生物污染了，结果并不可靠。



2016年9月2日本研究团队发表在《自然·通讯》期刊的文章上有了新发现。

他们对彻底灭菌后的水熊虫进行基因测序后，发现其来自外源生物的基因很少（只有1.2%），远低于此前的报告。

该文章也指出：水熊虫抵抗极端环境的关键基因来自自身演化，而非其他外源生物。

研究人员发现与其他动物相比，水熊虫具有更多超氧化物歧化酶基因，以及能修复DNA双链断裂的MRE11基因。

它们能帮助减轻氧化损伤、修复DNA，从而起到保护作用。



超氧化物歧化酶基因

与此同时，他们发现了水熊虫对抗极端环境的一件法宝——一种可以“防辐射”的蛋白质：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。

科学家认为它可以显著减少DNA在遭受x射线照射时的损伤。此外，水熊虫体内还缺少了部分与环境应激有关的基因，这可能也有助于它们渡过难关。



在水熊虫体内，损伤抑制蛋白充当了为DNA抵挡射线的“护盾”

如果想要完全了解水熊虫的基因组功能，未来还需要更多研究工作。

在不久的将来，水熊虫基因的研究可能会有助于药品、疫苗的开发。

要知道，如今的疫苗必须通过冷藏才能够保持其活性，成本和不便之处显而易见。

若是利用水熊虫耐低温技术使疫苗不再依赖低温保存，甚至可以当场脱水变干和复活。

这对人类来说算得上是个绝佳的福音。



不只是医学方面，水熊虫的研究对人体冷冻与复苏，以及外太空领域等方面的研究都有着重要的意义。

假以时日，人类也能够掌握水熊虫“隐生”的技能，是不是也可以自由漫游宇宙，或者是休眠几百年再复苏过来呢？



或许原本只是想好好活着的水熊虫，却意外变成了耐得住冰火考验、受得了太空辐射，未来还可能大大造福人类的“超级生物”，不免令人欣赏。

只是它们环境越好寿命越短这一点，倒显得些许掉链子了。

*参考资料

Tardigrada, Wikipedia.

Tardigrades are the toughest animals on Earth. What would it take to kill them all？By Brian Resnick

Scientists Say Tardigrades Will Be the Last Animals On Earth By George Dvorsky

This amazing tiny animal has sex for an hour. Yes, there's video.

Tardigrade DNA inserted into human cells gives them X-ray resistance By Jessica Hall

观察发现，水熊虫的交配比我们预想的更奇怪 By 煎蛋

"防辐射”蛋白：水熊虫的生存利器 By 果壳网

苏丽娜,李晓晨.缓步动物休眠现象研究进展[J].四川动物,2006(01):191-195.

DNA的“神偷卡门”：三体怪兽水熊虫基因组传奇

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作者: 邓文龙    时间: 2018-6-23 18:02
博友评论:

[4]牛登科  2018-6-22 15:01(北京师大生命科学)
"是唯一能在太空存活的生物"。这个说法很不严谨。
水熊虫能在掏空存活，只是在太空中长期休眠，不是活跃生长或拟人化的清醒状态。休眠状态可以在太空中长期存活，很多细菌、真菌的孢子、植物的种子都可以。动物中少见一些，但一些动物的卵是可以的。孢子、卵、种子以外，整个个体处于休眠状态长期在太空存活的物种确实不多。但水熊虫也不是唯一的，resurrection植物和anhydrobiotic无脊椎动物都是可以的。

在太空中长期存活的生物学基础是地球上进化出来的耐受长期脱水。上面说的这些生物耐受脱水的程度不同，在太空中存活的时间也不一样。但毫无疑问，孢子、卵、种子耐受长期脱水的能力普遍比发育成熟的个体强大。将来人类的长期太空旅行，模仿水熊虫的说法，也很科幻，科学基础不坚实。目前地球上生长发育成熟的个体，还能够耐受长期脱水的，都个体很小。脱水-恢复过程中从细胞到组织器官的形态结构变化，限制了这类生物的体积。从这一点也就容易理解为什么单细胞的孢子和体型小的卵、种子更适合长期保存。为太空旅行改造发育成熟的人类个体难度非常大，受精卵或许更现实。

[2]印大中  2018-6-22 08:48
低级动物、植物结构简单，身体里几乎全是干细胞，容易实现“特异功能”！

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作者: 邓文龙    时间: 2018-6-23 18:40


作者：任天 来源：新浪科技 发布时间：2016/1/22 16:02:38

冰冻30年的水熊虫解冻后复苏

生命力顽强！冰冻30年的水熊虫解冻后复苏

日本国立极地研究所的科学家对30年前采自南极的苔藓样品进行了解冻，复苏了两只水熊虫。其中一只不仅最终存活下来，而且产下了19枚卵——有14枚成功孵化。

日本国立极地研究所的科学家对30年前采自南极的苔藓样品进行了解冻，复苏了两只水熊虫。其中一只不仅最终存活下来，而且产下了19枚卵——有14枚成功孵化。

水熊虫是缓步动物门生物的俗称，能在许多极端的环境中存活。尽管外表很不起眼，但体型细小、身体分节的水熊虫却具有各种各样的形态。世界上有超过900种水熊虫，分布在各种环境中，从喜马拉雅山脉到深海都可以发现它们的身影。

水熊虫是缓步动物门生物的俗称，能在许多极端的环境中存活。尽管外表很不起眼，但体型细小、身体分节的水熊虫却具有各种各样的形态。世界上有超过900种水熊虫，分布在各种环境中，从喜马拉雅山脉到深海都可以发现它们的身影。

新浪科技讯 北京时间1月22日消息，我们常说蟑螂能在核爆炸中幸存下来，然而水熊虫(缓步动物门生物的俗称)的生命力更加顽强。据英国《每日邮报》报道，日本科学家成功复苏了两只已经冰冻了30年的水熊虫，其中一只最终存活了下来，并且产下了19枚卵，其中14枚成功孵化出了后代。

日本国立极地研究所的科学家对30年前采自南极的样品进行了解冻。“在冰冻苔藓样品中的水熊虫复苏之后，我们随即记录了复苏的条件，以及它们的繁殖情况。该样品于1983年采集自南极的日本昭和研究站附近，后来送到位于东京的国立极地研究所，在零下20摄氏度保存了30年半，”研究人员称，“我们记录到两只个体的复苏，以及一枚南极水熊虫卵的发育，这是目前水熊虫存活的最长记录，无论是以动物个体还是以虫卵来计算。”

水熊虫的体长在1毫米左右，具有4对足，每只足上长有4到8只爪，外形与熊的爪子类似。它们在高温、冰冻、高剂量辐射和极端干燥的环境下都能生存，寿命甚至可以达到200年。在没有水的情况下，水熊虫能存活十年时间，它们甚至能在太空真空环境中生存。

复苏的两只水熊虫代号分别为SB-1和SB-2。解冻之后，它们就开始出现活动迹象。“在补充水分后的第一天，SB-1的第4对足最先出现轻微活动，”研究论文写道，“第5天时，它的身体已经能够扭曲，第1对足和第2对足也开始活动，但动作显得很慢。第6天时，它已经开始尝试站起来，而到第9天时已经能在琼脂培养基表面缓慢移动。到了第13天，它开始摄食培养盘内的藻类食物。”

研究人员认为，水熊虫之所以能在冰冻状态下存活30年，并且还具有繁殖能力，主要是因为在冰冻条件下，氧化对其细胞和基因的损伤被控制在最低水平。

研究人员认为，水熊虫之所以能在冰冻状态下存活30年，并且还具有繁殖能力，主要是因为在冰冻条件下，氧化对其细胞和基因的损伤被控制在最低水平。

1983年，研究人员从南极的日本昭和研究站附近采集了一小份苔藓样品，后来送到位于东京的国立极地研究所，在冰箱中保存了30年半。

1983年，研究人员从南极的日本昭和研究站附近采集了一小份苔藓样品，后来送到位于东京的国立极地研究所，在冰箱中保存了30年半。

SB-1的完全复苏花了大约一周时间，这表明水熊虫具有阻止体内氧化损伤的能力。但这些发现也显示，水熊虫需要一段修复损伤的时间，SB-1在最开始两周内都没有摄食。解冻之后第20天，其中一只水熊虫死亡，但另一只则在复苏23天后开始繁殖。研究人员在苔藓中发现了一堆卵，6天之内这些卵就都孵化了。

研究团队认为，水熊虫之所以能在冰冻状态下存活30年，并且还具有繁殖能力，主要是因为在冰冻条件下，氧化对其细胞和基因的损伤被控制在最低水平。接下来，日本国立极地研究所将对水熊虫的基因损伤和修复情况进行检查，进一步了解它们的长期存活机制。科学家还希望，对水熊虫的研究能帮助“了解长期活体保存动物的机制和条件”。(任天)

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/1/336882.shtm



Mol Cell：水熊虫的奇妙能力:

http://news.bioon.com/article/6700195.html

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(17)30133-8

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