你还在相信水熊虫是地球最强?这种生物才是现实版死侍

本文转载自公众号“把科学带回家”(ID:steamforkids)

  水熊虫可以在没有水的情况下生活30年也不会挂,可以承受零下200摄氏度到150摄氏度的温度,还能致命的宇宙射线和真空中存活,因此被不少人封为“杀不死”的地球最顽强生物。

 

水熊虫

 

  但是许多人不知道的是,有一种生物不但可以像水熊虫一样在脱水的情况下生活很多年,还可以修复自己碎成渣渣的 DNA。更离奇的是,这种生物几百万年来一直进行无性生殖。

  和这种生物相比,水熊虫似乎都没有勇气说自己地球第一呢。

  那么这种生物是谁呢?

  这就是,当当——蛭形轮虫(Bdelloids rotifer)姑娘们啦。她们在地球上存在了8千万年,每个大洲都发现了她们的足迹。

  那么蛭形轮虫长什么样呢?

  别看蛭形轮虫很小,它长得还挺讲究的。她们都是可爱的中国红春丽双髻造型。

 

@Bernard Jenni

 

  你看,常见的蛭形轮虫 Rotifer Philodina sp. 的脚脚上有4个“脚趾”。

 

 

  她们脑袋上还有类似天线的呆毛,可能是她们的感觉器官。

 

 

  她们肚子里红色来自她们爱吃的食物——雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)的色素虾青素(astaxanthin)。

 

 

  为什么说蛭形轮虫是姐妹们?

  因为她们第一个炸天的技能点是…可以8千万年不交配。科学家们没有找到任何雄性的蛭形轮虫。1702年,光学显微镜与微生物学之父、荷兰科学家安东尼·范·列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)就发现了蛭形轮虫的世界里没有男孩子这件奇怪的事。

  8千万年来,蛭形轮虫一直是以孤雌生殖(parthenogens)的方式繁衍的。每个蛭形轮虫妈妈的未受精卵会发育成另一个蛭形轮虫女儿(不进行减数分裂)。

  超过99%的动物都是有性生殖,因为用无性生殖的策略演化的动物,一般都会走入死胡同——无性生殖让你不能分享别人的有益突变嘛,所以很容易因为基因多样性低而扑街。

  蛭形轮虫的这种繁衍方式让科学家们很生气。1986年,英国著名数学进化生物学家约翰·梅纳德·史密斯(John Maynard Smith)曾经痛骂蛭形轮虫是“演化的丑闻”。不过他这一黑,倒是把蛭形轮虫黑出了名气。

  还没从水熊虫的强悍里回过神来的人,可能又要受到蛭形轮虫姑娘们的逆天技能的惊吓。

  已知的蛭形轮虫有400种,其中的大部分可以忍受干旱。它们一般居住在苔藓表面啊,积水潭等一会儿干一会儿涝的环境里。

 

各种各样的蛭形轮虫

DOI:10.1093/icb/icv024

 

  干旱对于许多生物来说是致命的,因为当细胞的含水量下降到10%时,重要的生化作用便无法进行。

  你可能想说,耐旱怎么了,水熊虫也很耐旱啊。

  是的,蛭形轮虫和水熊虫一样,自带在干旱环境中进入低湿隐生(anhydrobiosis)状态的技能。蛭形轮虫可以在生命的任何阶段脱水进入生死不明的僵尸态。

 

水熊虫(左)脱水后进入低湿隐生(右)

 

  而且当它们的身体脱水变干的时候,也像水熊虫一样可以忍受高温高压,还有漫长的时间。目前有记录的蛭形轮虫最长低湿隐生时间是9年。

  看一下蛭形轮虫 Rotifer Philodina sp. 的干燥脱水和复活过程。

  脱水的过程中,看到了它的眼点。

 

 

  最后,脱水的蛭形轮虫就变成了一粒灰尘状的囊包,可以随风飘逝。

 

 

  现在加一点水,看看她们会怎样。

 

 

  只需要2-3个小时,蛭形轮虫姑娘们就可以重新拥有弹弹弹的皮肤,满水复活。

  不过,缺水的致命性还有一点。

  在缺水的情况下,不仅正常生理活动无法进行,连 DNA 也会备受打击,因为干燥会让 DNA 变脆,造成致命的双链断裂(double-strand break)。也就是 DNA 的2条链都断了。

 

双链断裂

 

  大多数生物都没有办法对付 DNA 双链劈叉事件,而且修补的结果也可能会引入要死的变异。为了避免DNA 双链劈叉,水熊虫会用特产蛋白质 Dsup 保护 DNA。

  不过,蛭形轮虫的路子就比较佛,DNA 断就断了吧,旧的不去新的不来。因为一旦水源充足,蛭形轮虫姑娘们粉碎的 DNA 就可以重新修复,它们甚至可以在这个过程中搞点别人的基因来玩玩。

  是的,蛭形轮虫姑娘们更炸天的技能就是从别人身上撸基因。

 

 

  蛭形轮虫的身体里有来自植物、细菌以及真菌的基因。而且,它们很可能还可以和其他蛭形轮虫女孩子交换碎掉的 DNA 片段。

  总之,剑桥大学的分子生物学家 Alan Tunnacliffe 说,这种穿百家衣的生物的大约8-9%的基因来自于其他生物。

 

蛭形轮虫DNA脱水和修复过程示意图

@Olena Shmahalo / Quanta Magazine

 

  超强抗旱、用水修 DNA、百家基因,这就结束了么?

  你见过哪个生物的 DNA 被打碎成1000片还能修得回来的么?蛭形轮虫就能!

  比利时那慕尔大学的生物学家 Karine Van Doninck 和同事用800戈瑞的质子辐射去轰脱水中的蛭形轮虫女孩子们。

  质子辐射疗法就是利用质子辐射将癌细胞的 DNA 粉碎,从而杀死肿瘤细胞的放疗手段。不过,放疗时的辐射剂量一般是每次1-7戈瑞。你感受一下800戈瑞意味着什么。

 

用于治疗癌症的质子治疗仪

 

  要知道,在800戈瑞这样大的辐射剂量下,没有细胞能够活下来。

  不出所料,蛭形轮虫姑娘们的 DNA 的确全部碎了。但是一旦把它们重新放到水里,99%的蛭形轮虫女孩子都活了过来。

  你能想象吗?粉碎的 DNA 加了水以后又自己复原了。蛭形轮虫不就是现实版的漫威死侍么?

 

 

  哈佛大学的遗传学家 Eugene Gladyshev 和 Matthew Meselson 更狠,他们曾经用1000戈瑞的伽马射线辐射蛭形轮虫姑娘们。

  1000戈瑞是什么概念呢?

  Meselson 曾经用560戈瑞的辐射让蛭形轮虫 Adineta vaga 的染色体出现了500个双链断点,而1000戈瑞可以造成1000多个双链断点。用碎尸万段也不足以形容这种变态的辐射剂量。

 

蛭形轮虫 Adineta vaga 的长相一言难尽。

 

  不过这对蛭形轮虫姑娘们算得了什么呢?

  接受了1000戈瑞的魔法暴击后的2个礼拜,她们照样活着,只不过她们的产卵能力下降到了辐射前的10%。DNA 都碎成那样了都还能拼回来继续用,简直就像木乃伊尸变啊。

  你看到了吧,蛭形轮虫姑娘们是世界上已知的最耐辐射的生物。

  2019年,Van Doninck 表示蛭形轮虫将会被送上太空。到时,水熊虫的世界最顽强生物的名号恐怕将要官方不保。

 

  Matthew Meselson 认为蛭形轮虫姑娘们的存在值得让生物学家怀疑人生:“有性生殖对于演化来说有什么意义呢?”

  Van Doninck 甚至认为,蛭形轮虫姑娘们不需要小伙子,就是因为她们能够自行修复 DNA,这或许是一条可以挑战有性生殖的无性生殖道路。

  emmm…未来说不定姑娘们脱个水就可以进入休眠状态星际旅行了,再做个保湿面膜就满血复活了…