你還在相信水熊蟲是地球最強?這種生物才是現實版死侍

本文轉載自公眾號“把科學帶回家”(ID:steamforkids)

  水熊蟲可以在沒有水的情況下生活30年也不會掛,可以承受零下200攝氏度到150攝氏度的溫度,還能致命的宇宙射線和真空中存活,因此被不少人封為“殺不死”的地球最頑強生物。

 

水熊蟲

 

  但是許多人不知道的是,有一種生物不但可以像水熊蟲一樣在脫水的情況下生活很多年,還可以修復自己碎成渣渣的 DNA。更離奇的是,這種生物幾百萬年來一直進行無性生殖。

  和這種生物相比,水熊蟲似乎都沒有勇氣說自己地球第一呢。

  那么這種生物是誰呢?

  這就是,當當——蛭形輪蟲(Bdelloids rotifer)姑娘們啦。她們在地球上存在了8千萬年,每個大洲都發現了她們的足跡。

  那么蛭形輪蟲長什么樣呢?

  別看蛭形輪蟲很小,它長得還挺講究的。她們都是可愛的中國紅春麗雙髻造型。

 

@Bernard Jenni

 

  你看,常見的蛭形輪蟲 Rotifer Philodina sp. 的腳腳上有4個“腳趾”。

 

 

  她們腦袋上還有類似天線的呆毛,可能是她們的感覺器官。

 

 

  她們肚子里紅色來自她們愛吃的食物——雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)的色素蝦青素(astaxanthin)。

 

 

  為什么說蛭形輪蟲是姐妹們?

  因為她們第一個炸天的技能點是…可以8千萬年不交配。科學家們沒有找到任何雄性的蛭形輪蟲。1702年,光學顯微鏡與微生物學之父、荷蘭科學家安東尼·范·列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)就發現了蛭形輪蟲的世界里沒有男孩子這件奇怪的事。

  8千萬年來,蛭形輪蟲一直是以孤雌生殖(parthenogens)的方式繁衍的。每個蛭形輪蟲媽媽的未受精卵會發育成另一個蛭形輪蟲女兒(不進行減數分裂)。

  超過99%的動物都是有性生殖,因為用無性生殖的策略演化的動物,一般都會走入死胡同——無性生殖讓你不能分享別人的有益突變嘛,所以很容易因為基因多樣性低而撲街。

  蛭形輪蟲的這種繁衍方式讓科學家們很生氣。1986年,英國著名數學進化生物學家約翰·梅納德·史密斯(John Maynard Smith)曾經痛罵蛭形輪蟲是“演化的丑聞”。不過他這一黑,倒是把蛭形輪蟲黑出了名氣。

  還沒從水熊蟲的強悍里回過神來的人,可能又要受到蛭形輪蟲姑娘們的逆天技能的驚嚇。

  已知的蛭形輪蟲有400種,其中的大部分可以忍受干旱。它們一般居住在苔蘚表面啊,積水潭等一會兒干一會兒澇的環境里。

 

各種各樣的蛭形輪蟲

DOI:10.1093/icb/icv024

 

  干旱對于許多生物來說是致命的,因為當細胞的含水量下降到10%時,重要的生化作用便無法進行。

  你可能想說,耐旱怎么了,水熊蟲也很耐旱啊。

  是的,蛭形輪蟲和水熊蟲一樣,自帶在干旱環境中進入低濕隱生(anhydrobiosis)狀態的技能。蛭形輪蟲可以在生命的任何階段脫水進入生死不明的僵尸態。

 

水熊蟲(左)脫水后進入低濕隱生(右)

 

  而且當它們的身體脫水變干的時候,也像水熊蟲一樣可以忍受高溫高壓,還有漫長的時間。目前有記錄的蛭形輪蟲最長低濕隱生時間是9年。

  看一下蛭形輪蟲 Rotifer Philodina sp. 的干燥脫水和復活過程。

  脫水的過程中,看到了它的眼點。

 

 

  最后,脫水的蛭形輪蟲就變成了一粒灰塵狀的囊包,可以隨風飄逝。

 

 

  現在加一點水,看看她們會怎樣。

 

 

  只需要2-3個小時,蛭形輪蟲姑娘們就可以重新擁有彈彈彈的皮膚,滿水復活。

  不過,缺水的致命性還有一點。

  在缺水的情況下,不僅正常生理活動無法進行,連 DNA 也會備受打擊,因為干燥會讓 DNA 變脆,造成致命的雙鏈斷裂(double-strand break)。也就是 DNA 的2條鏈都斷了。

 

雙鏈斷裂

 

  大多數生物都沒有辦法對付 DNA 雙鏈劈叉事件,而且修補的結果也可能會引入要死的變異。為了避免DNA 雙鏈劈叉,水熊蟲會用特產蛋白質 Dsup 保護 DNA。

  不過,蛭形輪蟲的路子就比較佛,DNA 斷就斷了吧,舊的不去新的不來。因為一旦水源充足,蛭形輪蟲姑娘們粉碎的 DNA 就可以重新修復,它們甚至可以在這個過程中搞點別人的基因來玩玩。

  是的,蛭形輪蟲姑娘們更炸天的技能就是從別人身上擼基因。

 

 

  蛭形輪蟲的身體里有來自植物、細菌以及真菌的基因。而且,它們很可能還可以和其他蛭形輪蟲女孩子交換碎掉的 DNA 片段。

  總之,劍橋大學的分子生物學家 Alan Tunnacliffe 說,這種穿百家衣的生物的大約8-9%的基因來自于其他生物。

 

蛭形輪蟲DNA脫水和修復過程示意圖

@Olena Shmahalo / Quanta Magazine

 

  超強抗旱、用水修 DNA、百家基因,這就結束了么?

  你見過哪個生物的 DNA 被打碎成1000片還能修得回來的么?蛭形輪蟲就能!

  比利時那慕爾大學的生物學家 Karine Van Doninck 和同事用800戈瑞的質子輻射去轟脫水中的蛭形輪蟲女孩子們。

  質子輻射療法就是利用質子輻射將癌細胞的 DNA 粉碎,從而殺死腫瘤細胞的放療手段。不過,放療時的輻射劑量一般是每次1-7戈瑞。你感受一下800戈瑞意味著什么。

 

用于治療癌癥的質子治療儀

 

  要知道,在800戈瑞這樣大的輻射劑量下,沒有細胞能夠活下來。

  不出所料,蛭形輪蟲姑娘們的 DNA 的確全部碎了。但是一旦把它們重新放到水里,99%的蛭形輪蟲女孩子都活了過來。

  你能想象嗎?粉碎的 DNA 加了水以后又自己復原了。蛭形輪蟲不就是現實版的漫威死侍么?

 

 

  哈佛大學的遺傳學家 Eugene Gladyshev 和 Matthew Meselson 更狠,他們曾經用1000戈瑞的伽馬射線輻射蛭形輪蟲姑娘們。

  1000戈瑞是什么概念呢?

  Meselson 曾經用560戈瑞的輻射讓蛭形輪蟲 Adineta vaga 的染色體出現了500個雙鏈斷點,而1000戈瑞可以造成1000多個雙鏈斷點。用碎尸萬段也不足以形容這種變態的輻射劑量。

 

蛭形輪蟲 Adineta vaga 的長相一言難盡。

 

  不過這對蛭形輪蟲姑娘們算得了什么呢?

  接受了1000戈瑞的魔法暴擊后的2個禮拜,她們照樣活著,只不過她們的產卵能力下降到了輻射前的10%。DNA 都碎成那樣了都還能拼回來繼續用,簡直就像木乃伊尸變啊。

  你看到了吧,蛭形輪蟲姑娘們是世界上已知的最耐輻射的生物。

  2019年,Van Doninck 表示蛭形輪蟲將會被送上太空。到時,水熊蟲的世界最頑強生物的名號恐怕將要官方不保。

 

  Matthew Meselson 認為蛭形輪蟲姑娘們的存在值得讓生物學家懷疑人生:“有性生殖對于演化來說有什么意義呢?”

  Van Doninck 甚至認為,蛭形輪蟲姑娘們不需要小伙子,就是因為她們能夠自行修復 DNA,這或許是一條可以挑戰有性生殖的無性生殖道路。

  emmm…未來說不定姑娘們脫個水就可以進入休眠狀態星際旅行了,再做個保濕面膜就滿血復活了…

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