史上最小的熊,显微镜下的水熊
世界上有很多种类的熊,也有很多微生物,而有一种人类肉眼看不见“熊”,它的名字叫水熊。别看水熊又萌又小的,生命力却顽强得惊人!到底有什么秘诀,能使水熊即耐高温,又耐寒冷呢?今天就一起去探索下这个神奇的小生物吧!
2013年,欧洲宇航局利用无人宇宙飞船, 将古怪又强悍的水熊送上太空长达10天之久,但科学家并没有它们待在太空舱,而是将它们置于舱外,在低温环境与太空辐射中,测试它们的生命力。结果令人震惊,有一些水熊竟能在太阳辐射和低温真空的双重考验中存活下来,并在回到地球后又重新开始繁衍后代。它们是已知的唯一能在太空真空环境中生存的动物。
水熊又叫水熊虫,属于缓步动物门的一类小型动物的俗称 ,因看起来像多腿、可爱又笨拙的小熊而得名。有记录的水熊虫种类大约900种,它们很小,体长一般在1毫米左右。
水熊虽小,生命力却极强,能够适应极端的恶劣环境,不管是超过水沸腾的温度(151℃),或是接近绝对零度的极端寒冷的温度(-273℃)。研究表明,水熊可以在绝对干燥的环境中存活1到10年。
似乎到哪儿都能找到水熊的身影,生活范围极广。从你家后院到几乎无人踏足的南极洲,从最深的海洋到最热的沙漠,甚至是喜马拉雅山的顶部(6000米以上),它们无处不在。
当环境恶化时,或在干燥状态下,水熊会将身体缩成圆桶状,自动脱水,静静蛰伏(隐生现象),这样就把新陈代谢放慢到几乎静止的程度。进入休眠状态后,水熊身体的含水量可降至3%的极端“脱水状态”。 等到环境好转时,身体含水量上升,水熊也就“复活”。水熊甚至有最长隐生的寿命超过120年的记录。
研究人员想要了解水熊在极端环境下的生存策略,就要研究水熊虫的基因组,因此,要对水熊虫的每一个基因都进行分类。结果,科学家发现水熊虫具有另一个非同寻常的特点:它们不是从自己祖先那里继承所有基因,其中将近17.5% 的基因组是由外源DNA构成。
能够获得如此多的外源基因,使水熊成为动物界“偷取DNA”的头号盗贼。其实,我们可以想象到,正是这种奇怪的遗传物质混搭法,才使水熊虫能以更复杂的方式生长和发育。
但奇怪的是,许多基因看起来并不像是动物的基因。科学家最初以为是样本被污染了,但经过反复、仔细的检查和实验,并重建生物祖先的特定基因序列后,科学家证实了看起来像外来基因的基因,确实不是水熊自己“开发”而来,也不是从别的动物那里偷来的,而是从非动物那里挪过来的(植物、细菌、真菌和古生菌),水熊体内高达六分之一的遗传物质,都是来自于这些毫不相干的植物和微生物。
那些奇怪的遗传物质大部分都源自于细菌,而且还出现在水熊的遗传表达中。研究人员发现,在某些情况下,外源基因已经取代了水熊某些本身的基因,而水熊身上没有被取代的基因,虽然还保持自己的功能,但也合并了一种或几种细菌的单个或多个遗传物质片段。
所以研究人员推测,偷取别人基因这件事,并不是一次性发生的,而是在进化过程中不断持续地发生的,甚至时至今日,水熊依然在盗取其他生物的基因.那么,水熊这个大盗贼是如何将外来基因收为己有的呢?
很早之前,科学家们就已经知道,细菌和其他微生物可以水平基因转移,也就是遗传物质能够在不相关的物种之间进行交换。但科学家最近才开始意识到,这种遗传发育的方法也可以发生在动物身上。
相比于水熊,其他动物的基因组包含的“异物”很少(人类也有外源基因,但非常有限,主要通过转座子和病毒获得)。之前,微小的水生动物——轮虫,是具有最多外源DNA的记录保持者,为8%至9%。而现在水熊后来居上了。
我们之前就提到,水熊有一种特殊的能力:当遭遇极其恶劣的环境时,会慢慢失水变干,但当有适合的生存条件时,它又会苏醒。研究人员怀疑可能正是这种能力,在“盗取’他人基因中发挥作用。当水熊变干,它们的基因组会断裂。
当补充水分后,水熊细胞的细胞膜仍然会保持一段时间的“泄漏”状态,当细胞快速地修复自己受损的DNA时,可能会将外界环境中的某些DNA带到细胞中,嵌入自己的基因组中。因此,细胞膜“泄漏”、脱水干燥与DNA断裂之间存在的关系,可能是水熊虫成为“大盗贼”的重要幕后推手。
对于水熊那些优越的生存技能来说,这些大量的外源基因可能起着非常重要的作用。因为如果水熊们从能忍耐严苛环境的生物那里获得了DNA,那么它们可能因此获得忍耐严苛环境的能力。也就是说,从细菌、真菌和植物盗取来的外来基因,可能已经赋予水熊能在沸水、冷冻环境,甚至是宇宙真空条件下生存的能力。
关于水熊是如何设法凑齐这么多外源遗传物质的,进一步的研究仍在进行之中。研究人员表示,在未来,水熊基因的研究可能会有助于药品、疫苗的开发,使疫苗不再需要低温保存,甚至可以当场脱水变干和复活,这对偏远的农村诊所或危机地带(战争区)来说,可以称得上是个绝对的福音。
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