奇妙生命 | 顽强的水熊【转】

偶然看到关于水熊的介绍,赞叹自然造物的神奇!显微镜下观察的水熊经过人工手段复原的模型和样貌看起来也是蛮可爱的!


新浪科技讯 北京时间4月8日消息,据国外媒体报道,在没有防护措施的条件下,人类无法在外太空中生存,你的血管会破裂,肺部气体会逃逸,短短15秒时间内就会失去意识,宇宙辐射也会破坏人体细胞内的DNA。

不过,有一类动物却可以在外太空生存下来,这就是体长仅1毫米的水熊

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2007年,数以千计的水熊附着在一颗卫星上被发射到了太空。

在卫星返回地面之后,科学家对这些水熊进行了检查,发现有许多幸存了下来,其中一些雌性还在太空中产了卵,新孵化的幼体也都很健康。

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从海拔5546米的喜马拉雅山区,到日本的温泉,再到南极附近的海底,在地球上许多严酷的极端环境中都能看到水熊的身影。

它们能承受大剂量的辐射,在150摄氏度到绝对零度的环境中都能存活。

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乍看之下,水熊的外形有些吓人

它们的身材矮胖而分节,有四对脚,脚上长着与熊爪相似的爪子。

水熊口中还长着形似匕首的牙齿,能刺入食物。

当然,我们不用担心水熊,它们是自然界中最小的动物之一,体长都在1.5毫米以下,要用显微镜才能看到。

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水熊属于缓步动物门,已知有约900个物种。

大部分水熊以吸食苔藓、地衣和藻类为生,还有一些为掠食性,甚至会捕食其他水熊。

水熊是非常古老的动物,可以追溯到5亿多年前的寒武纪,当时第一批复杂生命才刚刚出现。

Created by Digital Micrograph, Gatan Inc. (Photo by Universität Stuttgart)

1948年,意大利动物学家Tina Franceschi宣称,在超过120年历史的博物馆苔藓干燥样品中,发现了还能活动的水熊。(What? No way!)

在注入水分之后,水熊的一只前脚出现移动。这一发现到目前还没有被成功重复,但并非不可能。

1995年,有人发现干燥了8年的水熊成功“复活”(这段Jam表示严重怀疑!专家or砖家!欺负百姓没文化嘛???)

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对大部分动物来说,没有水是完全不可能活下去的。

一般的细胞在干燥之后,细胞膜会破裂,蛋白质展开并聚集在一起,DNA也会随着干燥时间变长而逐渐断裂。

水熊能在缺水条件下存活,说明它们有着某种防止细胞受损的机制。(这潇洒的姿态,萌萌哒!但实际上,他们活动缓慢,根本无法如图般‘自由翱翔’)

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1922年,德国科学家鲍曼发现,水熊缺水时会把头和脚收缩起来,然后进入极其类似死亡的状态,这种状态称为隐生。

在失去几乎所有水分之后,水熊蜷曲成一个干燥的壳体,其新陈代谢降至正常水平的0.01%。

它们能保持隐生状态数十年之久,只有在接触到水的时候才重新活跃过来。

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除了水熊,一些线虫、酵母和细菌也能忍受干燥条件。

它们通过产生大量的海藻糖来做到这一点。这种糖可以在细胞内形成类似玻璃的状态,保持细胞内主要成分的稳定,防止蛋白质、细胞膜等的损坏。

海藻糖还能包裹在残存的水分子周围,防止水分子在温度升高时快速膨胀,避免细胞破裂。

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不过,海藻糖并不是水熊抵御干燥的武器,只有几种水熊能够产生海藻糖。

水熊在变得几乎完全干燥的时候,到底制造出了什么保护物质,这依然是一个未解之谜。

在水熊开始变干燥的时候,它们似乎生成了许多抗氧化剂。这类化学物质,如维生素C和E,能吸收产生危险化学反应的物质。

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上图就是水熊在显微镜下的庐山真面目!

水熊面临着来自“活性氧”的特殊威胁,这些物质是细胞正常活动的副产物,能破坏细胞的主要成分如DNA等。

抗氧化剂或许能解释水熊的一项特殊能力。

如果干燥时间过长,水熊的DNA也会损伤,但在“复活”之后,它们能迅速修复DNA。(这么牛掰要统治地球啦!新浪的新闻小编有时候也会很傻很天真!)

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水熊不在乎温度的变化。

1842年,法国科学家发现,一只处于隐生状态的水熊能在125摄氏度的高温中存活数分钟。

1920年代,一位本笃会修士在对水熊以151摄氏度加热15分钟之后,使其重新“活”了过来,把水熊浸入零下200摄氏度的液态空气中,持续了21个月。(这实在是太生猛了!Jam要跪了!)

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在零下253摄氏度液氮中浸了26小时;而在零下272摄氏度的液氦中浸了8小时。

这些水熊在重新与水接触之后,马上又恢复了活力,有些水熊能忍受零下272.8摄氏度的低温,仅比绝对零度高一点。

要知道,地球上所记录的最低温度是零下89.2摄氏度,出现在南极中心。

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水熊所能承受的低温只在实验室里才能实现。

水熊在低温中面临的最大威胁是冰,如果冰晶体在细胞内形成,就可能破坏DNA等关键分子。

一些动物会产生抗冻蛋白来降低细胞的冰点,保证冰不会产生。

但是,在水熊体内并没有发现这些蛋白质。相反,水熊似乎能承受细胞内结冰带来的影响。

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它们或许能避免冰晶体带来的损伤,或许能迅速修复损伤。

水熊可能具有产生冰成核剂的能力。这种物质可以促使冰晶体在细胞外形成,而不是在细胞内,从而保护关键的细胞内分子。

对有些水熊来说,海藻糖或许也能起到保护作用,因为海藻糖能防止大块的冰晶体形成,防止细胞膜被冰刺穿。

尽管科学家对水熊如何应对低温提出不少理论,但对于它们如何应对高温,我们则一无所知。

在150摄氏度时,蛋白质和细胞膜本应破裂散开,维持生命活动的化学反应也本应停止。

深海热液口生活的细菌,能在122摄氏度的高温下成长。如果拉姆的说法是对的,那水熊比这些细菌厉害得多

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在一些生活在高温环境下的动物体内,存在着热休克蛋白。

这类蛋白质能确保细胞内的蛋白质保持形状,也可以修复受热损伤的蛋白质。

不过,目前并没有足够的证据表明水熊能产生热休克蛋白。这个问题也变得越来越令人困惑。

1964年,科学家将水熊暴露在致命剂量的X射线下,发现它们依然存活,它们能承受过量阿尔法射线,伽马射线和紫外线辐射——即使没有处于隐生状态。

对2007年那些被送入太空的水熊来说,辐射是最大的威胁。暴露在更高辐射水平下的水熊死亡率更高,但并不是100%死亡。

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根据日本科学家在1998年的一项研究,水熊还能承受可能将其他动物压扁的极端压力,隐生状态的水熊可以承受高达600MPa的压力。

这比水熊在自然界中所能遇到的任何压力都要高。

在深达10994米的马里亚纳海沟,压力也不过是100MPa左右。(研究好我们就去造潜艇,真想知道实验室怎么模拟这么高的压强!)

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海洋中的水熊之所以不擅长应对极端条件,一个原因可能是它们并不需要。

相比之下,陆地环境的变化要快得多。

水熊需要很薄的一层水进行呼吸、摄食、交配和移动,但在陆地上会经常遭遇干燥的威胁。生活在干燥环境下的水熊需要能应对环境的突然变化。

最后Jam总结一句:水熊牛逼!

 

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