最強生物水熊蟲：真空中輻射十天還能繁衍

（原標題：真空中被輻射十天還能繁衍，地球最強生物水熊蟲有「金鐘罩」）

從6000多米高的喜馬拉雅山脈到4000多米深的海溝，從超過沸點的水溫到凍在冰川里30年，它們能安然存活。「喪心病狂」的科學家們甚至把它們帶上太空，暴露在高劑量輻射的真空中10天，它們還能照常繁殖。這種世界上生命力最頑強的生物門類就是緩步動物門（Tardigrade），它們更為人熟知、也更「萌」的名字是水熊蟲（water bear）。

點擊播放 GIF/892K

科學家們一直在試圖揭秘水熊蟲頑強的生存能力，尤其是水熊蟲的「泡發」過程：在極端乾旱的情況下，水熊蟲的細胞會完全脫水，但一旦接觸到水，水熊蟲的生命活動又會完全復甦。美國北卡羅來納大學（UNC）發表在最新一期《細胞分子學》（Molecular Cell）上的文章指出，一種叫做無序蛋白（disordered protein）的物質可能是解開謎團的一把鑰匙。在脫水狀態，水熊蟲細胞內的無序蛋白會給其他關鍵的分子，比如其他蛋白質，築起一層玻璃狀的保護殼，直到缺水狀態解除。

水熊蟲泛指緩步動物門下的幾千種水生生物，大小從0.1毫米到1.5毫米不等，共有4對足，因為生存能力強大，幾乎無處不在。科學家在早期就已發現水熊蟲的這種特性並對此展開研究。2007年9月，瑞典克里斯蒂安斯塔德大學生態學家K.IngemarJ nsson為了讓水熊蟲挑戰更惡劣的環境，拜託歐洲航天局（ESA）把兩個品種的水熊蟲帶入了一艘俄羅斯無人太空飛船，代號為Tardis(Tardigrades in space，與著名科幻英劇Doctor Who中的時光機器同名）。

當太空飛船抵達近地軌道時，實驗正式啟動，水熊蟲被分為4組。其中一組水熊被安置在了真空環境中，但不受任何輻射侵襲。另外2組被暴露在真空和一種輻射的環境中（其中一組的輻射為A紫外線，另一組為B紫外線）。最後一組被暴露在真空和兩種輻射疊加的環境中。十天後幾乎所有的水熊蟲都「乾涸」了。但他們在太空飛船中接觸到一點點水後，四組水熊蟲都迅速「復活」了。幾天後，B紫外線組的生存率跌至10%-15%，而綜合輻射組無一倖存，但這些早逝的水熊蟲也在死亡前繁殖出了正常的後代。

這個實驗結果讓科學家們更迫切地期望找到水熊蟲頑強存活的秘方。他們推測，水熊蟲中可能存在一些特殊的耐脅迫物質，比如一些特殊的蛋白質。抗旱和抗輻射能力是非常實用的「超能力」。如果能把水熊蟲的抗旱秘方轉移到農作物和疫苗上，農作物就能適應更乾旱的環境，疫苗則可以方便地乾燥貯存、運輸，免去了冷凍的成本。而抗輻射能力更是令人遐想：在未來可能的太空旅行、火星移民計劃中，太空輻射都是一道令人頭疼的阻礙。如果人類向水熊蟲學習到抗輻射能力，就有了在太空間旅行的資本。

學界首先在抗輻射能力上打開了突破口。2015年，就是北卡羅來納大學的這個團隊在水熊蟲體內發現了相當一部分外源基因，他們認為水熊蟲之間存在高水平的基因橫向轉移（HGT)現象，從而讓水熊蟲不斷吸收抵禦極端環境的基因。

然而，這一結論遭到質疑，許多學者認為是該團隊的實驗樣本受到了污染，2016年，日本東京大學的一個研究團隊指出，他們並沒有在水熊蟲上發現基因橫向轉移，但發現了一種抗輻射的特殊蛋白Dsurp(damage suppressor,傷害防禦機制），它能在輻射環境中對DNA和其他核心分子進行保護。研究者將這種帶有特殊蛋白植入人類細胞的DNA中，並將這些修改過的細胞暴露在X射線下，實驗結果是X射線誘發的DNA損傷降低了大約40%，細胞的輻射抵禦能力也得到了整體提升。

這次，UNC又發現了另一種蛋白質「金鐘罩」，可以在缺水時期保護水熊蟲細胞。這是一類名為固有無序蛋白（IDP）的蛋白質。實驗發現，當各類水熊蟲開始變乾燥時，他們要麼開始持續生成無序蛋白，要麼生成蛋白的TDP基因開始高水平表達。無序蛋白和一種名叫海藻糖的糖類合作，在乾燥的細胞體內形成非晶態固體（non-crystalline amorphous solid，又稱玻璃體，可看作過冷液體，如玻璃、松香、明膠等）。這個玻璃金鐘罩將一些核心分子，比如其他蛋白質包裹住，防止他們變性、溶解和分解。研究人員認為無序蛋白在水熊乾燥的進程中充當了一名「功能性調節者」，幫助水熊蟲細胞在玻璃化狀態和遇水復甦狀態間切換。

為了測試水熊蟲的蛋白質金鐘罩在其他生物中的表現，他們重新編輯了酵母菌和細菌的基因，使他們開始分泌水熊蟲特有的一種固有無序蛋白，CAHS蛋白。酵母菌和細菌的抗乾旱能力都大大提高。這證明了水熊蟲的抗乾旱秘方可以被其他原核和真核生物「借用」。

現在你是不是也很想見識一下這種神奇的生物呢？根據BBC一篇科普文章的指南，只要你採下一塊苔蘚，把苔蘚泡在水裡，接著把苔蘚里的水瀝出來，放到顯微鏡下，你就能看到頑強的水熊蟲了。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！