“DNA大盜”水熊蟲(chóng)

潤(rùn)語(yǔ)

世界上生命力最強(qiáng)的動(dòng)物有哪些？也許大家會(huì)想到“小強(qiáng)”蟑螂。實(shí)際上，地球上生活著比蟑螂更為強(qiáng)悍的動(dòng)物，那就是被稱(chēng)為自然界最偉大幸存者的水熊蟲(chóng)。它除了以強(qiáng)悍的生命力著稱(chēng)以外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它還是偷走其他生物DNA的“大盜賊”。

唯一能在真空生存的動(dòng)物

水熊蟲(chóng)是屬于緩步動(dòng)物門(mén)的一類(lèi)小型動(dòng)物的俗稱(chēng)，因?yàn)樗鼈兛雌饋?lái)像多腿、可愛(ài)又笨拙的小熊而得名。有記錄的水熊蟲(chóng)種類(lèi)大約900種，它們很小，體長(zhǎng)一般在1毫米左右。

它們的生活范圍極廣，似乎在哪兒都能找到這類(lèi)動(dòng)物的身影。它們生活在每一個(gè)大陸，從你家的后院到幾乎沒(méi)有人類(lèi)足跡的南極洲，從最深的海洋到最熱的沙漠，甚至是在喜馬拉雅山脈的頂部。

盡管它們體型微小，生命力卻強(qiáng)。它們能夠承受極其惡劣的環(huán)境，不管是接近絕對(duì)零度的極端寒冷的溫度（-273℃）還是超過(guò)水沸騰的溫度。有研究顯示，水熊蟲(chóng)可以在絕對(duì)干燥環(huán)境中生存1到10年之久。

2013年，歐洲宇航局曾利用無(wú)人宇宙飛船， 將這種古怪又強(qiáng)悍的生物送入太空，進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)10天的太空之旅。但科學(xué)家并不是讓它們待在太空艙的內(nèi)部，而是直接將它們暴露在艙外，置于太空輻射和低溫環(huán)境中，從而測(cè)試它們的生命力。結(jié)果顯示水熊蟲(chóng)的生命力令人震驚，其中一些竟然能在低溫真空和太陽(yáng)輻射雙重嚴(yán)苛的考驗(yàn)下幸存下來(lái)，并且在回到地球后重新開(kāi)始繁殖后代。所以，它們是已知的唯一一種能在太空真空環(huán)境生存下來(lái)的動(dòng)物。

在干燥狀態(tài)或環(huán)境惡化時(shí)，水熊蟲(chóng)的身體會(huì)縮成圓桶形，自動(dòng)脫水，靜靜地忍耐蟄伏（隱生現(xiàn)象），這個(gè)絕招能把生命代謝放慢到幾乎停止的程度。進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，它們的身體含水量可以降到僅僅3%這樣一種極端的“脫水狀態(tài)”。待環(huán)境好轉(zhuǎn)后，身體含水量上升，水熊蟲(chóng)又能“復(fù)生”。有記錄表明，水熊蟲(chóng)最長(zhǎng)隱生的壽命超過(guò)120年。

生物界的大盜

研究人員想要揭示水熊蟲(chóng)在極端環(huán)境下的生存策略，就要研究水熊蟲(chóng)的基因組，因此，要對(duì)水熊蟲(chóng)的每一個(gè)基因都進(jìn)行分類(lèi)。

結(jié)果，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水熊蟲(chóng)具有另一個(gè)非同尋常的特點(diǎn)：它們不是從自己祖先那里繼承所有基因，因?yàn)槠鋵⒔?7.5% 的基因組是由外源 DNA構(gòu)成。能夠獲得如此多的外源基因，使水熊蟲(chóng)成為動(dòng)物界“偷取DNA”的頭號(hào)盜賊。其實(shí)，我們可以想象到，正是這種奇怪的遺傳物質(zhì)混搭法，才使水熊蟲(chóng)能以更復(fù)雜的方式生長(zhǎng)和發(fā)育。

但奇怪的是，水熊蟲(chóng)的許多基因看起來(lái)并不像是動(dòng)物的基因。科學(xué)家最初以為是樣本被污染了，但經(jīng)過(guò)反復(fù)、仔細(xì)的檢查和實(shí)驗(yàn)，并重建生物祖先的特定基因序列后，科學(xué)家證實(shí)了那些看起來(lái)像外來(lái)基因的基因，確實(shí)不是水熊蟲(chóng)自己“開(kāi)發(fā)”而來(lái)，也不是從別的動(dòng)物那里偷來(lái)的，而是從非動(dòng)物那里挪過(guò)來(lái)的（植物、細(xì)菌、真菌和古生菌），水熊蟲(chóng)體內(nèi)高達(dá)六分之一的遺傳物質(zhì)，都是來(lái)自于這些毫不相干的植物和微生物。

那些奇怪的遺傳物質(zhì)大部分都源自于細(xì)菌，而且還出現(xiàn)在水熊蟲(chóng)的遺傳表達(dá)中。研究人員發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，外源基因已經(jīng)取代了水熊蟲(chóng)某些本身的基因，而水熊蟲(chóng)身上沒(méi)有被取代的基因，雖然還保持自己的功能，但也合并了一種或幾種細(xì)菌的單個(gè)或多個(gè)遺傳物質(zhì)片段。

因此研究者推測(cè)，偷取別人基因這件事，并不是一次性發(fā)生的，而是在進(jìn)化過(guò)程中持續(xù)地發(fā)生的，甚至?xí)r至今日，水熊蟲(chóng)依然在盜取其他生物的基因。

如何盜取？

水熊蟲(chóng)這個(gè)大盜賊是如何將外來(lái)基因收為己有的呢？

很早之前，科學(xué)家們就已經(jīng)知道，細(xì)菌和其他微生物可以進(jìn)行水平基因轉(zhuǎn)移，也就是遺傳物質(zhì)能夠在不相關(guān)的物種之間進(jìn)行交換。

但科學(xué)家最近才開(kāi)始意識(shí)到，這種遺傳發(fā)育的方法也可以發(fā)生在動(dòng)物身上。相比于水熊蟲(chóng)，其他動(dòng)物的基因組包含的“異物”很少（人類(lèi)也有外源基因，但非常有限，主要通過(guò)轉(zhuǎn)座子和病毒獲得）。之前，微小的水生動(dòng)物——輪蟲(chóng)，是具有最多外源DNA的記錄保持者，為8%至9%。而現(xiàn)在水熊蟲(chóng)后來(lái)居上了。

我們之前就提到，水熊蟲(chóng)有一種特殊的能力：當(dāng)遭遇極其惡劣的環(huán)境時(shí)，會(huì)慢慢失水變干，但當(dāng)有適合的生存條件時(shí)，它又會(huì)蘇醒。研究人員懷疑可能正是這種能力，在“盜取”他人基因中發(fā)揮作用。當(dāng)水熊蟲(chóng)變干，它們的基因組會(huì)斷裂；當(dāng)補(bǔ)充水分后，水熊蟲(chóng)細(xì)胞的細(xì)胞膜仍然會(huì)保持一段時(shí)間的“泄漏”狀態(tài)，當(dāng)細(xì)胞快速地修復(fù)自己受損的DNA時(shí)，可能會(huì)將外界環(huán)境中的某些DNA帶到細(xì)胞中，嵌入自己的基因組中。

所以，脫水干燥、細(xì)胞膜“泄漏”和DNA斷裂之間存在的關(guān)系，可能是水熊蟲(chóng)成為“大盜賊”的重要幕后推手。

對(duì)于水熊蟲(chóng)那些優(yōu)越的生存技能來(lái)說(shuō)，這些大量的外源基因可能起著非常重要的作用。因?yàn)槿绻芟x(chóng)們從能忍耐嚴(yán)苛環(huán)境的生物那里獲得了DNA，那么它們可能因此獲得忍耐嚴(yán)苛環(huán)境的能力。也就是說(shuō)，從細(xì)菌、真菌和植物盜取來(lái)的外來(lái)基因，可能已經(jīng)賦予水熊蟲(chóng)能在沸水、冷凍環(huán)境，甚至是宇宙真空條件下生存的能力。

關(guān)于水熊蟲(chóng)是如何設(shè)法湊齊這么多外源遺傳物質(zhì)的，進(jìn)一步的研究仍在進(jìn)行之中。

研究人員表示，在未來(lái)，水熊蟲(chóng)基因的研究可能會(huì)有助于藥品、疫苗的開(kāi)發(fā)，使疫苗不再需要低溫保存，甚至可以當(dāng)場(chǎng)脫水變干和復(fù)活，這對(duì)偏遠(yuǎn)的農(nóng)村診所或危機(jī)地帶（戰(zhàn)爭(zhēng)區(qū)）來(lái)說(shuō)，可以稱(chēng)得上是個(gè)絕對(duì)的福音。