[驚異生物] 小生命大頑強: 外太空極端環境都殺不死的水熊


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據國外媒體報導,在沒有防護措施的條件下,人類無法在外太空中生存,你的血管會破裂,肺部氣體會逃逸,短短15秒時間內就會失去意識,宇宙輻射也會破壞人體細胞內的DNA。不過,有一類動物卻可以在外太空生存下來,這就是體長僅1毫米的水熊
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2007年,數以千計的水熊附著在一顆衛星上被發射到了太空。在衛星返回地面之後,科學家對這些水熊進行了檢查,發現有許多倖存了下來,其中一些雌性還在太空中產了卵,新孵化的幼體也都很健康。 
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從海拔5546米的喜馬拉雅山區,到日本的溫泉,再到南極附近的海底,在地球上許多嚴酷的極端環境中都能看到水熊的身影。它們能承受大劑量的輻射,在150攝氏度到幾乎零攝氏度的環境中都能存活。 
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乍看之下,水熊的外形有些嚇人。它們的身材矮胖而分節,有四對腳,腳上長著與熊爪相似的爪子。水熊口中還長著形似匕首的牙齒,能刺入食物。當然,我們不用擔心水熊,它們是自然界中最小的動物之一,體長都在1.5毫米以下,要用顯微鏡才能看到。 
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水熊屬於緩步動物門,已知有約900個物種。大部分水熊以吸食苔蘚、地衣和藻類為生,還有一些為掠食性,甚至會捕食其他水熊。水熊是非常古老的動物,可以追溯到5億多年前的寒武紀,當時第一批複雜生命才剛剛出現。 
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1948年,意大利動物學家TinaFranceschi宣稱,在超過120年曆史的博物館苔蘚乾燥樣品中,發現了還能活動的水熊。在註入水分之後,水熊的一隻前腳出現移動。這一發現到目前還沒有被成功重複,但並非不可能。 1995年,有人發現乾燥了8年的水熊成功“復活”
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對大部分動物來說,沒有水是完全不可能活下去的。一般的細胞在乾燥之後,細胞膜會破裂,蛋白質展開並聚集在一起,DNA也會隨著乾燥時間變長而逐漸斷裂。水熊能在缺水條件下存活,說明它們有著某種防止細胞受損的機制
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1922年,德國科學家鮑曼發現,水熊缺水時會把頭和腳收縮起來,然後進入極其類似死亡的狀態,這種狀態稱為隱生。在失去幾乎所有水分之後,水熊蜷曲成一個乾燥的殼體,其新陳代謝降至正常水平的0.01%。它們能保持隱生狀態數十年之久,只有在接觸到水的時候才重新活躍過來。 
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除了水熊,一些線蟲、酵母和細菌也能忍受干燥條件。它們通過產生大量的海藻糖來做到這一點。這種糖可以在細胞內形成類似玻璃的狀態,保持細胞內主要成分的穩定,防止蛋白質、細胞膜等的損壞。海藻糖還能包裹在殘存的水分子周圍,防止水分子在溫度升高時快速膨脹,避免細胞破裂。
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不過,海藻糖並不是水熊抵禦乾燥的武器,只有幾種水熊能夠產生海藻糖。水熊在變得幾乎完全乾燥的時候,到底製造出了什麼保護物質,這依然是一個未解之謎。在水熊開始變乾燥的時候,它們似乎生成了許多抗氧化劑。這類化學物質,如維生素C和E,能吸收產生危險化學反應的物質。
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水熊面臨著來自“活性氧”的特殊威脅,這些物質是細胞正常活動的副產物,能破壞細胞的主要成分如DNA等。抗氧化劑或許能解釋水熊的一項特殊能力。如果乾燥時間過長,水熊的DNA也會損傷,但在“復活”之後,它們能迅速修復DNA。
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水熊不在乎溫度的變化。 1842年,法國科學家發現,一隻處於隱生狀態的水熊能在125攝氏度的高溫中存活數分鐘。 1920年代,一位本篤會修士在對水熊以151攝氏度加熱15分鐘之後,使其重新“活”了過來,把水熊浸入零下200攝氏度的液態空氣中,持續了21個月。
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在零下253攝氏度液氮中浸了26小時;而在零下272攝氏度的液氦中浸了8小時。這些水熊在重新與水接觸之後,馬上又恢復了活力,有些水熊能忍受零下272.8攝氏度的低溫,僅比絕對零度高一點。要知道,地球上所記錄的最低溫度是零下89.2攝氏度,出現在南極中心。 
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水熊所能承受的低溫只有在實驗室裡才能實現。水熊在低溫中面臨的最大威脅是冰,如果冰晶體在細胞內形成,就可能破壞DNA等關鍵分子。一些動物會產生抗凍蛋白來降低細胞的冰點,保證冰不會產生。但是,在水熊體內並沒有發現這些蛋白質。相反,水熊似乎能承受細胞內結冰帶來的影響
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它們或許能避免冰晶體帶來的損傷,或許能迅速修復損傷。水熊可能具有產生冰成核劑的能力。這種物質可以促使冰晶體在細胞外形成,而不是在細胞內,從而保護關鍵的細胞內分子。對有些水熊來說,海藻糖或許也能起到保護作用,因為海藻糖能防止大塊的冰晶體形成,防止細胞膜被冰刺穿
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儘管科學家對水熊如何應對低溫提出不少理論,但對於它們如何應對高溫,我們則一無所知。在150攝氏度時,蛋白質和細胞膜本應破裂散開,維持生命活動的化學反應也本應停止。深海熱液口生活的細菌,能在122攝氏度的高溫下成長。如果拉姆的說法是對的,那水熊比這些細菌厲害得多


在一些生活在高溫環境下的動物體內,存在著熱休克蛋白。這類蛋白質能確保細胞內的蛋白質保持形狀,也可以修復受熱損傷的蛋白質。不過,目前並沒有足夠的證據表明水熊能產生熱休克蛋白。這個問題也變得越來越令人困惑。
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1964年,科學家將水熊暴露在致命劑量的X射線下,發現它們依然存活,它們能承受過量阿爾法射線,伽馬射線和紫外線輻射——即使沒有處於隱生狀態。對2007年那些被送入太空的水熊來說,輻射是最大的威脅。暴露在更高輻射水平下的水熊死亡率更高,但並不是100%死亡。
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根據日本科學家在1998年的一項研究,水熊還能承受可能將其他動物壓扁的極端壓力,隱生狀態的水熊可以承受高達600MPa的壓力。這比水熊在自然界中所能遇到的任何壓力都要高。在深達10994米的馬里亞納海溝,壓力也不過是100MPa左右。
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海洋中的水熊之所以不擅長應對極端條件,一個原因可能是它們並不需要。相比之下,陸地環境的變化要快得多。水熊需要很薄的一層水進行呼吸、攝食、交配和移動,但在陸地上會經常遭遇乾燥的威脅。生活在乾燥環境下的水熊需要能應對環境的突然變化。

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