為何水熊蟲那麼強?這篇報告告訴你:它將成太空探索的排頭兵

2020-12-22 奇點使者
本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文

地球上任何一種宏觀世界的動物都無法承受極端環境條件的考驗而生存下來,這樣的極端環境條件有可能是正在噴發的火山口,也有可能是深達上萬米的海底環境,抑或是撒哈拉沙漠中的極端乾旱。然而微觀世界的動物則可能擁有出乎意料的環境適應能力,緩步動物就是其中一種。

根據報導,《科學報告》近期刊登了一篇關於緩步生物的研究論文。該論文指出來自西班牙馬德裡植物生物技術和基因組學中心的研究團隊通過研究發現了緩步生物極強適應能力的奧秘,那就是一種名為Dsup的損傷抑制蛋白。這種蛋白質使得緩步生物能在無水或者極度高溫的環境下依然保持生命,這是怎麼做到的呢?

緩步動物的適應性到底有多強?

所謂的緩步動物,也就是許多朋友聽說過的「水熊蟲」。研究人員需要在顯微鏡底下才能夠看得清這種生物,因為它們的尺寸實在是太小了。但人類通常可以在長出苔蘚的地方發現水熊蟲,因為它們以苔蘚為食。目前科學界的主流觀點認為,緩步動物水熊蟲是目前地球上環境適應能力最強的動物。

緩步動物之所以能夠在無水或極高溫的環境下保持生命,是因為它會調節自己的身體進入「隱生狀態」。這種隱生狀態和動植物的休眠較為相似,但是它能夠應對的情況更加嚴苛。當水熊蟲將其的身體盡力地蜷縮起來後,它就逐漸進入隱生狀態,體內的所有新陳代謝幾乎都停止了。

在隱生狀態下,水熊蟲一般可以存活幾十年的時間。即使這期間它們遭遇了伽馬射線、X射線的幹擾,也能夠在150攝氏度以上的環境中存活10天以上,因此緩步生物被認為是最有希望在地外星球上生存的生物。

為什麼緩步動物如此「堅強」?

研究人員在對緩步動物的超強適應能力進行研究的過程中發現,緩步生物的DNA幾乎不會受到破壞。對於絕大多數生物來說,嚴苛的環境條件往往會破壞細胞內的DNA結構,從而導致生物的生命受到不可逆轉的損傷,進而喪失生命。然而緩步動物體內存在一種簡稱為Dsup的損傷抑制蛋白,該蛋白對緩步動物的DNA起到了保護作用。

為了研究Dsup的保護機制,該團隊利用超級計算機模擬一個由兩個Dsup和DNA分子組成的系統,然後超級計算機每天都不間斷運算,最終模擬出了Dsup發揮作用的過程。模擬結果顯示,Dsup在發揮作用之前的形態是隨機的,一旦DNA的結構發生變化後,它的形態也會發生變化,以適應DNA的變化,從而產生相互作用的靜電效應來保護DNA。

揭開緩步動物的堅強奧秘有何意義?

人類在發現緩步生物之後,驚訝地發現原來地球上還有一種環境適應力如此強的生物。科學團隊在揭開緩步動物的奧秘之後,人們才終於明白是什麼讓緩步動物擁有堅強的資本。

來自美國懷俄明大學的研究人員託馬斯·布斯比表示,該研究提供了一種新的研究方向,即如何保護DNA不受外界環境條件的影響。

如今人類的生物技術發展到了史無前例的高度,基因工程更是幫助科學家解決了許多自然界的難題。對於緩步動物超強環境適應力的研究讓科研人員清楚其中的奧秘,從而利用基因工程讓其他生物也擁有類似的能力,然後代替人類去地外星球進行特殊任務,例如改造月球和火星的自然環境,為地外星球創造宜居的環境等等。

作為地球上目前唯一一種可以承受宇宙輻射的生物,緩步生物未來應該會肩負人類地外探索的重任。在此之前,對它的研究應該是越透徹越好,也減少太空任務中的不確定性和失敗率。

資料來源

科學網 8月25日 《超級計算機模擬揭示緩步動物「堅強」奧秘》

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