水熊：死而复生

水熊：死而复生作者：刘汝来源：《大自然探索》2015年第12期1933年，美国纽约市一间无证酒吧的老板及其3名狐朋狗友开始实施一个毫无新意的骗钱计划：杀死该酒吧最有名的醉鬼迈克·马罗伊，把他伪装成意外身亡，由此获取他的人寿保险金2000美元。

首先，他们给马罗伊灌了大量白酒。

发现这没用，他们又给他灌了大量酒精度很高的酒，但这也没用。

然后，他们把夹着腐臭沙丁鱼、玻璃渣和金属碎屑的三明治喂给马罗伊吃，据说后者很喜欢这样的“美味”。

接着，他们把马罗伊扔到雪地上，并向他泼冷水。

可这吓不倒马罗伊。

他们又用一辆汽车撞他，但只撞断了他的一只手臂。

最后，他们通过口腔、喉管向他体内插入一根管子，灌注了大量一氧化碳。

马罗伊终于“意外”身亡，这帮恶棍暂时如愿以偿，但最终落入法网。

之所以讲这个小故事，是因为本文的“主角”比媒体所称的“不死的马罗伊”还要坚挺得多。

如果人不加保护地进入太空，人肯定会死。

由于太空几乎是真空，因此太空中几乎不存在压力，这会迫使你肺部的空气冲出。

溶解在你体液中的气体会膨胀，这会让你的皮肤像气球一样鼓胀，最终爆裂。

你的耳膜和毛细血管将会裂开，血液开始冒泡沸腾。

就算你能活下来，太空中的离子化辐射也会撕裂你细胞里的DNA，你会在15秒的时间里失去意识。

但是有一群动物却可能经得起如此这般的严峻考验：它们就是体长大约1毫米的缓步类动物。

2007年，上万只缓步类动物被放在人造卫星上发射进太空，并且被暴露于太空环境中。

在这颗人造卫星返回地球后，科学家检验了这些动物，发现它们当中有许多都活下来了，其中一些雌性甚至在太空中产卵，新孵化的动物都很健康。

缓步类动物能存活其中的严苛环境可不仅仅只是太空，在地球上最严酷的环境中它们照样活得很好。

在喜马拉雅山脉一座海拔5546米的山顶上，在日本温泉中，在海洋底部，以及在南极洲，都发现了缓步类动物。

不管是面对超高剂量的辐射，还是被加热到150℃，或者是被冻至接近绝对零度（物理学术语，约为-273.15℃），都奈何不了缓步类动物。

那么，这些看似毫不起眼的微小动物为何得以存活于各种极端环境？它们又为何会演化出这样的超能力？实际上，它们在超能力方面的“秘笈”岂止一种，而大多数生物在这方面都自愧不如。

一眼看上去，缓步类动物长得有些吓人。

它们的圆胖面孔上有肉褶，这样丑恶的样子也许会让一些人想起魔鬼。

它们有8条腿，腿脚上有凶猛的爪子，在显微镜下颇像是熊爪。

它们的嘴巴也是一种很有用的武器，嘴里的匕首状牙齿能刺穿猎物。

当然，你根本无需惧怕缓步类动物。

毕竟它们是最小的动物之一。

它们的体长很少超过1.5毫米，只有透过显微镜你才能看见它们。

它们的通俗名字是“水熊”。

目前已知的水熊种类大约为1000个。

大多数水熊吸食苔藓、地衣和藻类的汁水，其他水熊则是食肉动物，甚至会捕食别的水熊。

水熊是很古老的物种。

根据对化石的鉴定结果，在5亿年前的寒武纪就有水熊，当时首批复杂动物开始演化。

自从水熊被科学家发现以来，他们一直很清楚的一点是：水熊是非常特别的动物。

1773年，德国牧师约翰·奥古斯特·以法莲·戈泽在全球最先发现水熊。

3年后，意大利牧师兼科学家拉萨罗·斯帕兰扎尼发现水熊有超能力。

他向取自雨水槽的沉积物样本加水，并且在显微镜下观察样本，发现上千只外形像熊的小动物在水中游弋。

他在自己的一本专著中把这种动物命名为“漫步者”，原因是它们的游动速度相当缓慢。

事实上，这样的观测结果并非是首次获得。

早在1702年，荷兰科学家安顿·范·列文虎克致信英国皇家学会，信的标题是《论屋顶排水槽沉积物中的一些微生物》。

据列文虎克在文中的描述，他向这些看起来了无生命的沉积物中加水。

利用他自行研发的显微镜，他发现1小时之内小“动物”就变得活跃起来，开始游弋和到处爬。

这些动物其实是轮虫，它们是看上去脑袋上有轮子的水生动物。

哪怕缺水几个月，它们也死不了。

但与没水却照样能活几十年的水熊相比，轮虫就是小巫见大巫了。

意大利动物学家蒂娜·弗朗切斯奇1948年声称，在博物馆收藏、历史超过120年的苔藓样本中发现了能复苏的水熊。

在为一只水熊浇水后，她观察到它的一条前腿动起来了。

这一发现从未被复制过，但并不意味着它就不可能。

1995年，科学家让多只脱水8年、看来已死翘翘的水熊成功复苏。

对大多数动物来说，没有水的生活是完全不可能的。

当一个典型的细胞脱水后，细胞膜会破裂和发生“渗漏”，细胞里的蛋白质会展开和聚集，从而变得无用。

随着细胞脱水时间越来越长，DNA也会碎裂。

然而，水熊却能避免这样的后果。

既然水熊不怕脱水，它们就必定有一些诀窍来阻止或修复脱水所造成的细胞损伤（对人来说，这样的损伤会造成细胞死亡）。

它们是怎样做到这一点的呢？1922年，德国科学家H·鲍曼在这方面取得了一个重要发现。

他注意到，当一只水熊脱水时，它会把自己的脑袋和8条腿都缩回去，接着，它进入一种很像死亡的深度假死状态。

在失去体内的几乎所有水分后，水熊会把自己卷成一个干壳。

鲍曼把它称为“吞佛”，但现在它普遍被称为“吞”。

“吞”的代谢速度降为正常状态下的0.01%，它能保持这种状态长达几十年。

只要与水接触，“吞”就会复苏成正常的水熊。

除了水熊之外，一些线虫、酵母和细菌也能战胜脱水。

它们做到这一点，是通过大量制造一种糖——海藻糖。

这种糖在它们的细胞内形成一种类似于玻璃的状态。

这一状态能稳定蛋白质和细胞膜等重要组件，使它们不会被摧毁。

海藻糖还会包裹所有剩余的水分子，阻止它们在温度提高的情况下迅速膨胀。

迅速膨胀的水分子具有危险性，因为它们会造成细胞破裂，而这是致命的。

你可能会以为，水熊也采用这种策略来挺过脱水，但你只猜对了一部分——有些种类的水熊的确是这么干的。

然而，还有一些水熊看来并不产生海藻糖，或者说产生的海藻糖水平低得无法被探测到。

这暗示这些水熊或许另有独特的策略来对抗脱水。

科学家已经知道，随着水熊开始脱水，它们制造能让它们挺过哪怕是彻底失水的蛋白质。

但这些蛋白质究竟是怎样的保护剂，则依然是未解之谜。

当水熊开始变干时，它们看来会制造大量抗氧化剂。

这些诸如维生素C和维生素E之类的化学物质能吸收危险的活性化合物，这样一来，可能就清除了水熊细胞里的有害化合物。

水熊面临来自“氧自由基”的一种特殊威胁。

面对环境压力，动物体内会生成大量氧自由基。

这些物质是正常细胞功能的副产物，但它们可能分解细胞的主要构件，包括DNA。

抗氧化物或许能解释水熊最独特的能力之一：如果长时间待在脱水的“吞”状态下，水熊的DNA就会受损;但一旦苏醒，水熊则能迅速修复这一损伤。

科学家很清楚的是，“吞”状态是水熊应对脱水的能力的关键所在。

不过，在鲍曼发现“吞”状态之前很早，水熊的其他超能力就已被揭示。

首先，水熊看来根本不在乎温度高低。

法国科学家多耶尔1842年证明：处于“吞”状态的水熊，在被加热到125℃的情况下依然能活好几分钟。

20世纪20年代，一个名叫吉尔伯特·弗兰兹·拉姆的德国修士让在151℃条件下被加热15分钟的水熊复苏了。

拉姆还把水熊泡在-200℃的液态空气里长达21个月，泡在-253℃的液氮中达26小时，泡在-272℃的液氦中达8小时。

之后，一旦水熊恢复与水接触，它们立即复苏。

科学家现已查明，一些水熊能忍耐只比绝对零度高一点点的-272.8℃。

需要指出的是，地球上记录到的最低温是-89.2℃，它出现在1983年的南极洲。

而水熊能应付的最低温比这还要低得多，这样的超低温只有在实验室里才能创制。

在如此低温下，就连原子钟也几乎停摆。

水熊面对寒冷的最大威胁是冰。

如果水熊细胞内形成冰晶，它们就可能划破像DNA这样的重要分子。

包括某些鱼在内的一些动物，使用抗冻蛋白来降低自身细胞的结冰点，从而确保不形成冰。

但水熊体内并未发现这些蛋白质。

反而，看来水熊实际上能忍受在自己的细胞内形成冰。

它们要么能保护自己免遭冰晶损伤，要么能修复这类损伤。

水熊也许能产生被称为成核剂的化学物质。

成核剂促使冰晶在水熊细胞外而非细胞内形成，从而保护重要分子。

能制造海藻糖的水熊很可能借助海藻糖来保护自己，因为海藻糖能阻止大冰晶形成，而大冰晶会穿破细胞膜。

不过，虽然科学家对于水熊怎样应对寒冷已有初步答案，却对它们怎样对付高热一无所知。

在像150℃这样的高温下，蛋白质和细胞膜都应该会散开，而维持生命的化学反应也停止发生。

已知最耐热的生物是细菌，它们存活于深海热液喷口边缘附近，在122℃的条件下仍能生长。

如果拉姆对自己实验结果的描述无误，水熊就有可能在更高的温度下存活。

许多演化得能在高温地（例如温泉及灼热沙漠）栖息的动物，都能产生被称为热震蛋白的化学物质。

热震蛋白在细胞内充当蛋白质的保护神，帮助蛋白质保持成型。

热震蛋白还能修复被热量损伤的蛋白质。

尽管如此，却无确凿证据表明水熊能产生热震蛋白。

考虑到水熊能忍受的其他恶劣条件，水熊超能力之谜越发难解。

1964年，科学家用致命剂量的X射线照射水熊，结果它们活下来了。

后来的实验证明，水熊还能应对过高剂量的α、γ和紫外辐射，甚至就算它们不在“吞”状态时也一样。

当水熊2007年被发射到太空时，辐射是它们面对的最大威胁之一。

虽然暴露在高剂量辐射中的水熊比受到辐射防护的水熊表现差，但前者的死亡率并不是100%。

根据1998年的一项科学研究，哪怕能把大多数动物压扁的极度高压也奈何不了水熊。

科学家发现，处于“吞”状态的水熊能挺住600兆帕的压力。

自然界不存在这么大的压力。

地球海洋最深处是位于太平洋马里亚纳海沟的挑战者海渊，那里深达1万米以上，但那里的水压也才只有100兆帕左右。

也就是说，水熊能忍耐的超高压是那里的6倍。

在如此高压下，蛋白质和DNA都会被撕裂。

主要由脂肪组成的细胞膜，会变得就像在冰箱里坚硬的黄油。

大多数微生物在30兆帕压强下就会停止代谢。

300兆帕压强以上，就连细菌也活不了。

水熊能幸存的压力因子种类之多，几乎让人目眩。

但其中的解释可能惊人地简单。

极热、极冷、辐射和高压都有一个共同点：它们会损伤DNA及水熊细胞的其他重要组件。

热和冷都会造成蛋白质展开、粘到一起和停止运作。

辐射会撕裂DNA及其他重要分子。

高压会让细胞膜变硬。

所以，如果一切压力因子造成类似的问题，那么水熊或许只需为数不多的策略就能搞定它们。

真的如此吗？目前仍无肯定的答案。

科学家相信，为了应对一些极端状况，水熊可能需要运用不止一种策略。

例如，被烤干和被辐射都会损害水熊的DNA。

因此，水熊以一种类似方式——制造抗氧化剂和修复受损DNA——应对这两种状况是说得过去的。

如果的确如此，水熊对辐射的抵御就是一种愉快的偶然：是它们适应突发干旱的一种附带结果。

与此相似，冰冻水熊与让它脱水也会引起相同问题：水熊细胞里缺乏足够水分。