2025-09-28 00:48:57
烘烤它们、冷冻它们、用枪发射它们或将它们炸入太空:缓步动物几乎可以在任何东西中生存。一些专家甚至认为,这种八足微型动物可以比地球上所有其他物种(包括人类)更长寿,并一直存活到太阳消亡。
如果你在没有保护的情况下进入外太空,你就会死。然而,一种长度不超过 1 毫米(大约有针头大小)的微小动物幸存下来,甚至更多。在显微镜下,缓步动物,也称为水熊或苔藓仔猪,是看起来可怕的生物。他们蓬松畸形的脸、凶猛的爪子和匕首般的牙齿使他们看起来更像是怪物,而不是动物。
现在,科学家们正试图利用他们的超能力为我们自己所用——从保护癌症患者免受有害的放射治疗,到在长期深空探索期间保存食物和药物。
到目前为止,科学家们已经确定了大约 1,500 种缓步动物。与节肢动物(包括昆虫和甲壳类动物)密切相关,科学家们尚未确定这些生物在动物王国中应该被分类的确切位置。
缓步动物喜欢躲在潮湿的环境中,那里有大量的苔藓、地衣和树叶。您甚至可能会在后花园找到它们。但它们也以能够在极其荒凉的地方生存而闻名。它们已经在喜马拉雅山的山上、海底、南极洲,甚至在高酸性的日本温泉中被发现——尽管这一发现尚未被复制。
缓步动物可以生活的不仅仅是地球的恶劣环境。2007 年,缓步动物成为第一批在被炸入太空后幸存下来的已知动物。当他们乘坐的卫星返回地球时,科学家们发现许多人(但不是全部)幸存下来。有些雌性甚至在太空中产卵,刚孵化的幼崽也很健康。
当一艘载有微型乘客的航天器迫降在月球上时,缓步动物可能幸存下来
热衷于测试这种微小生物生存极限的科学家们已经对它们进行了一系列测试。因此,我们知道缓步动物可以承受大量的辐射——高达人类致死剂量的 1,000 倍。它们还可以应对加热到 150C (302F) 和冷冻到仅高于绝对零度 0.01C (0.018F) 的情况。
2021年,科学家们甚至发射了里面有缓步动物的子弹,看看它们是否能在撞击中幸存下来。研究表明,缓步动物可以在以高达每秒 900 米(每小时 3,000 公里)的速度发射时存活下来,这比典型手枪发射的子弹还要快。
那么,这些看似微不足道的生物是如何在如此极端的条件下生存下来的,它们又为何会进化出这些超能力呢?事实证明,缓步动物有很多诡计。
缓步动物进化来应对的一个极端环境是干燥(本质上是干燥)。对于大多数动物来说,没有水的生活是完全不可能的。随着细胞变干,将它们固定在一起的膜会收缩并失去体积。
通常存在于细胞内的所有物质都会被涂抹在一起,然后蛋白质开始结块并粘在一起。它们变得不起作用;他们不再起作用了。
缓步动物可以避免这一切,但如何呢?这个问题的线索之一出现在 1922 年科学家发现,当缓步动物变干时,它会缩回头部和八条腿,然后进入与死亡非常相似的假死深度状态。
他们实际上把自己的器官收起来,集中在一个极小的密闭空间内。
在这种“屯”状态下,缓步动物的新陈代谢减慢至正常速度的 0.01%。它可以在这种枯萎的状态下停留几十年,只有在与水接触时才会复活。
屯状态有助于保留动物的三维 (3D) 结构。然而,这本身还不足以解释缓步动物的极端生存技能。
当它们变干并形成一个屯时,编码神秘蛋白质的基因激增,后来被命名为“缓步动物特异性内在无序蛋白质”,简称 TDP。当研究小组阻断这些基因的活性时,缓步动物就不再能够在干燥中存活下来。当他们将基因赋予酵母和细菌时,这些生物体在干燥后的生存能力提高了 100 倍。
缓步动物是极端微生物,可以在干燥状态下存活数十年
一类被称为细胞质丰富热溶性 (CAHS) 蛋白的 TDP 是罪魁祸首。当被水包围时,TDP 具有果冻状稠度,不会像普通蛋白质那样折叠成 3D 结构。但当干燥时,蛋白质会转化为半固体凝胶,缓冲细胞的内容物,将它们固定到位。
当缓步动物开始变干时,它们开始以非常非常高的水平制造这些蛋白质,基本上用这些奇怪的、无序的、松软的蛋白质填充它们的细胞内部。
这些蛋白质一开始漂浮在液体中,但随着细胞变干,它们实际上聚集在一起并在细胞内形成蜘蛛网状网络。我们认为这些蜘蛛网纤维可以包裹敏感蛋白质,帮助它们保持折叠或防止它们聚集。
树蛙、线虫和丰年虾等动物也使用类似的技巧,它们会产生一种叫做海藻糖的糖,形成一个玻璃状的庇护所,保护细胞免受破坏。
形成屯态或产生 TDP 也可能是缓步动物承受极端高温能力的关键。
处于屯状态的缓步动物可以在加热到 125 摄氏度(257 华氏度)的温度几分钟后存活下来。在将缓步动物加热至 151 摄氏度(304 华氏度)15 分钟后,使缓步动物起死回生。然而,缓步动物只有在屯态下才能做到这一点。
许多种类的缓步动物能够在远高于 100 摄氏度(212 华氏度)的温度下生存,但它们只有在干燥时才能生存。如果你在一滴水中有一只缓步动物,并且你将水加热到非常高的水平,那么缓步动物几乎会像任何其他生物一样容易死亡。
事实上,尽管缓步动物以其在特定情况下的适应能力而闻名,但它们通常容易受到高温的影响,这表明它们甚至可能受到气候变化的影响。
如果它们没有时间进入屯状态,某些缓步动物物种会在高于 37 摄氏度(99 华氏度)的温度下死亡。
虽然很难知道缓步动物的数量是否在下降,但这种下降可能会对土壤生态系统产生连锁反应。例如,一些研究表明,肉食性缓步动物可以通过吃寄生线虫来促进土壤的健康。
当谈到缓步动物如何在其他极端环境中生存的问题时,人们知之甚少。事实证明,缓步动物可以在冰冻、辐射和低氧条件下生存,而无需形成屯或制造 TDP。因此,他们也必须有其他保护机制。
冷冻对生物来说尤其危险,因为在低温下细胞膜会失去流动性并变得更加脆弱。不过,最大的危险是冰晶。
晶体在细胞内确实是坏东西,因为它们又锋利又尖。它们可以刺穿膜、压碎蛋白质或破坏 DNA 等核酸——细胞的蓝图。
你永远不会因为绝对零度而冷却——你不会在地球上找到这些条件
尽管如此,一些缓步动物可以忍受被冻结到略高于绝对零度。他们为什么需要这样做有点神秘,因为地球上有记录以来的最低温度是 1983 年南极洲中部温暖的 -89.2 摄氏度(-128.6 华氏度)。
这些生物体有趣的部分在于,它们进化的适应能力远远超出了它们实际需要的范围。
它们究竟是如何在冷冻中幸存下来的尚不清楚,尽管已经发现它们可以进入一种称为冷冻双生病的假死状态,在那里它们会减慢或关闭新陈代谢过程。
另一方面,缓步动物如何在辐射下生存的问题得到了更好的理解。一种称为 Dsup(损伤抑制蛋白)的蛋白质,它似乎像毯子一样包裹着 DNA,保护它免受电离辐射的有害影响。更重要的是,研究人员对人类细胞进行了改造,使它们也能产生 Dsup。然后他们将这些细胞暴露在 X 射线下,发现 Dsup 可以防止人类 DNA 分解。
辐射可以直接破坏 DNA,但大多数生物损伤是间接发生的。例如,辐射能被水分子吸收,水分子分解并产生剧毒分子,称为活性氧 (ROS)。然后 ROS 攻击 DNA 并将其破坏。
源:BBC
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