人類有望像三體人一樣脫水生存,水熊蟲體內物質讓劉慈欣預言成真

2020-12-25 姿勢分子knowledge

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在劉慈欣的著作《三體》中,他介紹了三體世界中生物度過惡劣環境的一種生存方式——脫水。通過脫水把自己的身體壓縮成一個薄片,並停止新陳代謝,從而避免被惡劣環境傷害。當惡劣氣候過去之後,只要把身體泡在水中,就能「復活」。

(圖片說明:劉慈欣筆下的三體世界)

說實話,第一次看到這裡的時候,我覺得這個設計太扯淡了,簡直是匪夷所思。不過,現在看來,這件事非但不會過於離譜,而且還有可能成真。或者說,這個構思可能本來就來自於現實生活。有些生物,早已經開發出了這樣的生存技能,比如水熊蟲

「與天地同壽」的生物

毫無疑問,水熊蟲是世界上生命力最頑強的生物之一。水熊蟲屬於緩步動物,自從18世紀被發現以來,就一直以其驚人的生存能力吸引著人類的關注。用「無所不能」四個字來形容水熊蟲的生存能力,一點都不算過分,不信就來看看科學家們的這些發現:

(圖片說明:水熊蟲)

生活範圍極廣,上至喜馬拉雅山脈,下到深海海溝,熱如亞馬遜雨林,冷如南極冰川,都能看到這種生物;在-200℃的環境下可以生存若干天,181℃高溫下仍然可以生存2分鐘以上;在15%鹽溶液中也不會死亡,會在9秒鐘內進入「小桶狀態(Cask Phase)」維持生命;即使是強大的宇宙射線、真空的環境、超過馬裡亞納海溝6倍的恐怖氣壓環境下,水熊蟲仍然不會死亡;在沒有食物的情況下能生存30年以上,脫水情況下仍能在5年時間內存活;在科學家的心中,它們是最有可能在小行星撞擊、超級火山爆發等恐怖災難中倖存的生物。

這裡我們要說明一下:在這些恐怖的極端環境下,它們並不能像正常一樣活動,而是進入了隱生態,保持著不死的狀態,但是什麼也做不了。但是,當環境條件合適,它們就能復活,和小說中的三體人是一樣的。

那麼,水熊蟲這種恐怖的生存能力,到底從何而來呢?

不死之身——小桶狀態

你可能已經注意到了,我們在形容水熊蟲的生命力時,提到過一個專業名詞——小桶狀態。

所謂的小桶狀態,生物學上又叫隱生,和三體人的原理差不多,同樣是通過身體內部的調整來勉強度過惡劣的環境。這就相當於你玩王者榮耀時對面敵人太多,只能躲在泉水裡等它們離開一樣——當然,沒準家被推了也就game over了。

水熊蟲在進入小桶狀態的時候,身體會縮小,就像蜷縮在桶裡一樣,因而得名。在這種情況下,它們體內的新陳代謝速度會降低到正常速度的0.01%,幾乎相當於完全停止,因而完全不必擔心缺水、缺食物等因素導致的死亡。一旦周圍環境恢復正常,水熊蟲就可以脫離小桶狀態,繼續愉快地活下去。

很長時間以來,人類一直在尋找水熊蟲能夠進入小桶狀態的秘密。最終,他們發現了這個bug一般的技能的根源——海藻糖(seaweed sugar),其分子式如下:

海藻糖是一種凝膠狀的介質,是一種典型應激代謝物,可以在高溫、低溫、高滲透壓或者極其乾燥等環境下保存細胞器、細胞膜和DNA。

實際上,這種bug一樣的化學物質我們並不陌生,有些零食就利用海藻糖防止氧化、變質。另外如醫藥、精細化工、化妝品、農業等很多領域,都有海藻糖的應用。

緩步動物正是利用海藻糖這種物質,將自己包裹在玻璃一樣的盔甲之中,保護自己脆弱的細胞組織。實際上,不僅僅是緩步動物,某些鹹水蝦、線蟲、麵包酵母等生物,體內都含有這種神奇的「道具」,使它們獲得了驚人的生命力。

可以想像,如果人類能夠有效地利用這個技術,那麼我們也可以活得更加頑強,適應更加惡劣的環境,獲得更長久的壽命。

脆弱的血液

我們都想利用這個技術變成三體人,但是這個目標還比較遙遠。目前海藻糖對我們來說最重要的意義,就是保持血液的新鮮。

不需要過多強調,大家都知道獻血的意義。對於很多危急患者來說,血液就是生命。你可能以為醫院拿到血液,往血庫裡一扔,就什麼都不用愁了,但事實並非如此。實際上,美國約翰·霍普金斯大學的研究員就曾經發文提出:當血液離開人體保存3周後,其中的一氧化氮就開始流失。一氧化氮可以促進血管擴張,並且對血液輸氧能力有益,因此失去一氧化氮的血液基本上就不可以輸血用了。目前來說,正常的血液在2-6℃的環境中可以保存35天(對於稀有的血液會採取特殊手段延長期限)。

這意味著,如果一些血液到了35天還沒有使用,那麼它很可能就要浪費了。顯然,誰都不願意看到這樣的事發生,這是極大的資源浪費。多年以來,世界各國的科學家們都希望能夠找到一種方法來解決這個問題,來避免資源的浪費,也是為了拯救更多的生命。而水熊蟲體內的海藻糖,讓我們看到了希望。

脫水吧,人類之血

最近,來自路易斯維爾大學的生物工程師喬納森·科佩切克(Jonathan Kopechek)所帶領的團隊提出:如果我們能將海藻糖和人類的血液有機結合在一起,那麼我們獻出的血液將可以像三體人一樣,通過脫水大幅延長保存的時間。根據他的預想,結合了海藻糖的血液,即使是在室溫下,也可以在至少幾年的時間裡供輸血所用。

(圖片說明:醫生在血庫取血)

說起來容易,做起來難。類似的想法早就有人提過,但是把其他生物的功能移接到人類身上,談何容易。不過,科佩切克的團隊還是初步實現了這個預想。

他們首先利用利用超聲波,在血細胞的膜上打出一個孔,讓海藻糖得以進入到細胞裡面。而且,不僅在內部,細胞外也同樣有大量的海藻糖,這是為了保證細胞能夠在「脫水和再次補水的過程中存活下來」。

當這個準備工作做完之後,我們就可以將血液中的水抽出來。於是,人類的血液就變成乾燥的「粉末」了。當我們需要使用的時候,只要重新進行補水,血液就會恢復正常。雖然還沒有像劉慈欣小說裡的三體人一樣整體脫水,但是能夠將血液脫水就已經是很大的進步了。

目前來說,科佩切克的團隊還在繼續完善這個實驗,從各方面提高保存效果。在未來,這項技術將會給人類帶來巨大的幫助。包括人道主義救援工作軍事行動在內的各個領域,都想受益於這項技術。甚至隨著人類離開地球,前往其他星球時,也可以將這些保質期超長的「血液乾粉」帶去,以備不時之需。

科佩切克認為,這項技術大約在3-5年內投入到臨床使用,世界上將有大量的人因此而受益。

萬事開頭難,既然血液都可以脫水了,相信其他器官脫水的研究也將會展開。搞不好哪一天,人類就真的可以像三體人一樣脫水保存了。到那個時候,就算星際穿越需要幾百年,對於我們來說也不再是什麼困難了。

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