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外太空极端环境都杀不死的水熊

作者:佚名 2015-05-06 浏览: 3,257 评论:0

摘要: 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。 2007年,数以千计的水熊附...

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。

外太空极端环境都杀不死的水熊

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。

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摄氏度到几乎零摄氏度的环境中都能存活。

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。

外太空极端环境都杀不死的水熊

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。

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。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”。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

水熊所能承受的低温只有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。

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。

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。

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。

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。