揭秘神奇卤虫生存之道:低湿休眠可维持万年生命

卤虫是一种能在极端环境下存活的神奇生物,它曾两度随太空飞船带入宇宙空间接受实验,并在随船返回地球时继续孵化发育成熟。

“阿波罗16号”任务指令长约翰-扬登陆月球。

“阿波罗16号”任务指令长约翰-扬登陆月球。

尤他州的大盐湖是卤虫的家乡。

尤他州的大盐湖是卤虫的家乡。

  新浪科技讯 北京时间1月8日消息,据国外媒体报道,卤虫是一种能在极端环境下存活的神奇生物,它曾两度随太空飞船带入宇宙空间接受实验,并在随船返回地球时继续孵化发育成熟。卤虫常见于盐滩和盐水湖中,已有1亿年生存历史,由于体内共生细菌偏好盐分,因此它们对盐也有独特喜好,能够经受住盐浓度达50%的盐水。卤虫用途广泛,可以用作鱼食,也可直接食用,甚至对医药研究有借鉴作用。

  它们像天外来客一样,跟随飞船穿越大气划过长空,降落在地球这颗蓝色星球上。在飞船深处,整齐稳妥地安放着一排排熟睡的“宇航员”,它们每个都蜷缩在保护壳中,在这里它们或许已经存活了一万年。这群“宇航员”不是普通的太空旅行者,在着陆后的几周内,它们会破壳而出,发育成为五脏俱全的海洋怪物:卤虫。它们通体呈三文鱼式的粉色,长着三只眼睛,十一对扁平附肢不停地挥动。

  这不是小说,是1972年发生的真实故事,飞船中沉睡的乘客就是卤虫。卤虫又被戏称为“海猴”,这次它们随“阿波罗16号”登月任务结束一同返回地球。科学家用飞船将卤虫带到太空,以检测宇宙辐射对它们产生的影响。这个实验对实验对象要求非常苛刻,实验品必须具备几乎坚不可摧的特质。能够胜任这次实验任务的可能非卤虫莫属。

雄性卤虫长有钩子,能紧紧抓住雌性。

雄性卤虫长有钩子,能紧紧抓住雌性。

卤虫看上去脆弱,周身像长满了羽毛。

卤虫看上去脆弱,周身像长满了羽毛。

  哪怕被暴晒、火烤、浸入酒精、剥夺氧气、用紫外线照射、用105摄氏度水煮、或者冷却到近绝对零度,卤虫也绝不会一命呜呼。它们甚至能经受住溶解人类肉体的极端PH酸碱度,能在浓度为50%的盐水或杀虫剂中存活下来。在太空的真空中,或者海底6000米以下的高压环境下,它们还是能和小伙伴们一起愉快地玩耍。下面,科学家带你探密卤虫的生存之道。

  太空中充斥着被称为宇宙射线的高能粒子,它能撕裂细胞、组织和铝制飞船壁。月球就是研究宇宙射线影响的绝佳场所。在“生物堆1号”实验中,科学家将卤虫胚胎、植物种子和细菌芽孢一同,放入辐射敏感材料层中。任何穿透该生物堆的射线都会在探测层上留下印迹,这样一来,美国宇航局科学家就能确切知道射线撞击的是哪个乘客。在这110个接受了无数宇宙射线照射的卤虫胚胎中,许多都孵化出来,尽管其中有不少畸形。一些孵化的卤虫还持续长大,成为完全的成虫。同年年底,“阿波罗17号”飞船又飞往月球,科学家借此机会又进行了“生物堆2号”实验。实验结果与前一次雷同。令人们好奇不解的是,卤虫看起来如此脆弱,附肢轻飘飘地晃荡,触须细长细长,是什么秘笈令它们坚不可摧?

  尽管被戏称为“海猴”,卤虫并不生活在海洋中,它们常见于盐滩和盐水湖中,广泛分布于尤他州的大盐湖和里海中,已有1亿年生存历史了。卤虫也叫盐水丰年虾,但不是虾,与虾同属甲壳纲。它们体形微小,身长仅15毫米,以滤食水中的水藻为生。卤虫游动时头尾颠倒,靠附肢进行呼吸,雌性卤虫能进行孤雌繁殖。卤虫的一个重要特质是,对盐有独特喜好,能够经受住盐浓度达50%的盐水,这一浓度的盐水远比盐浓度为3.5%海水要咸。

这是卤虫的无节幼体。

这是卤虫的无节幼体。

尤他州的大盐湖。

尤他州的大盐湖。

  不过,这里有个玄机:如果一直生活在水池中,就总有被晒干的风险。卤虫的栖息地盐滩和盐水湖常常会干涸消失很长一段时间,有时是数月,有时是数年,有时是数十年。看起来这是个严重生存问题,不过卤虫不怕。在生存环境适宜时,雌性卤虫会产下薄壳的卵,并立即孵化。一旦食物稀少难寻,或者盐浓度升高,它们就会采取B计划:产下硬壳的“包囊”,每个包囊都含有几乎发育完全的幼虫。这些包囊能够经受住接近完全脱水的恶劣环境,丧失97%以上的水分。这时候,它们的生命进程就会停止,进入一种被称为“低湿休眠”的假死状态。养过卤虫当宠物的人知道,只需加水就能让胚胎复活。包囊能在不到24小时的时间里,体重增大1.4倍,之后孵化出完整大小的幼虫。在孵化伊始时,它们仅有一个原始眼,之后长出两个构造更复杂的眼睛。这是卤虫在极端环境中的极端生存方法,不过很起作用。在上世纪90年代,石油勘探人员在大盐湖附近开采石油,结果在两片盐层中挖掘出一大块包囊。工作人员好奇这些生物的孵化方式,就把它们浸在水中,结果发现一些的确孵化了。经放射性碳年代测定,科学家估测这些卤虫已经在那里躺了一万年。它们是如何侥幸生存下来的呢?

  水是细胞内部液体的组成部分,是维持生命的化学反应不可或缺的。因此,一旦细胞脱水,生命进程就会暂停。对于绝大部分动物而言,体内失水都是致命的。人类最多只能失去15%的身份水分,很少有动物能在失水超过50%的情况下还能存活。一旦失水,细胞内的分子就会失去三维网络,蛋白质、糖份和染色体都会扭曲损坏。卤虫面临的挑战是,让细胞分子能在失水时保持形状。为此,卤虫的完美解决方案是:将细胞转变为固态糖。包囊中携有一种独特的糖“海藻糖”,占包囊重量的15%,它形成一种类似窗户玻璃的固体。这种“矩阵结构”可支撑起蛋白质和膜,维持它们的结构并将它们各就各位冻住。海藻糖是一种神奇的成分,它令绝大多数微生物能够进入假死状态,如所向披靡的缓步类动物、一些线虫,以及美洲睡摇蚊。就其本身而言,海藻糖仅有助于卤虫对抗脱水环境。然而,这可能也是卤虫其它本领的关键因素。或许,放弃水分也有一些想不到的好处。人类喜好温暖的环境,在这种环境下,水是生命之源。但是,如果水被过度冷却或加热,它就会致命。冰晶会像小刀一样,将细胞从内往外刺破。液态水在临近冰点或沸点时会膨胀,同样有致命的后果。如果排干水分,就意味着排除了这些威胁。此外,辐射的影响也不会太大。通常,宇宙射线会与体内的水分子相互作用,大量释放高活性氧形式,如类似漂白剂的化学物。这些化学物会在细胞和组织中四处乱窜,一路摧毁过去。而脱水的卤虫胚胎就避免了这种损伤。尽管如此,脱水也不是个万全之策,它无法保护DNA不受宇宙射线的直接射伤,或防止蛋白质在加热时不被破坏。为此,卤虫包囊又进化出其它一些生存技巧。

  为什么生物进化令卤虫如此灵活有韧性?看上去它们是生活在有害的地方,事实上它们在那里相安无事。卤虫的栖息地是盐湖,那里环境恶劣被称为“死亡之海”,例如,大盐湖的盐浓度为5%到27%。大盐湖位于一片平坦盆地的底部。从1963年到1986年,大盐湖扩大了近60%。生活在大盐湖的生物必须能够应付那里的高强度紫外线辐射,以及缺氧带来的窒息。可以想像,仅有一小部分动物能够经受这种极端环境。除了两种盐水蚊外,这片盐湖几乎就是卤虫的天下,这意味着它们在这里完全没有天敌。

卤虫从水中滤食藻类。

卤虫从水中滤食藻类。

一群卤虫在游动。

一群卤虫在游动。

不过,盐分对卤虫的影响也不完全是正面的。面对过多的盐分,卤虫的细胞也难以应对,它们只能将盐分泵出体外,并利用坚硬的外骨骼阻止盐分渗入,这一过程非常消耗能量。卤虫的食谱也与众不同。由于赖以为生的是难吃的有害藻类,卤虫不得不处理好与肠细菌的关系,利用它们消化食物。法国蒙波利埃大学研究人员奥德拉德-诺格猜测,可能是这些微生物小伙伴偏好盐,而不是卤虫本身喜好盐分。诺格研究团队于2015年9月发表相关研究成果。诺格及其同事在无菌环境中养殖卤虫,让它们摆脱肠细菌,再把它们放到不同盐浓度的水中。同时,她也对拥有肠细菌的卤虫进行了同样的实验。结果显示,无菌的卤虫在低盐环境中生存得更好一些,而带菌卤虫则需要更多的盐分。在诺格看来,这意味着卤虫已沦为体内共生小伙伴的受害者了:卤虫无法脱离这些肠细菌单独生存,而这些细菌又热衷盐分,因此卤虫也不得不忍耐盐。

  尽管环境充满挑战,但是在高盐水中生存还是很有禆益:这里富含藻类且没有天敌。在大盐湖中,卤虫数量高达数十亿。每年夏天,雌性卤虫会在这里大量产卵,等到次年春天盐湖回暖,数十亿小型幼虫从中开始孵化。在10月到次年1月间,在这里可以收获9000吨卤虫卵、幼虫和成虫,相当于45个足尺寸的蓝鲸。这意味着这里商机很大。由于卤虫具有快速恢复能力,因此它们的包囊被真空包装或罐装好,销售到全球各地。孵化24小时后,幼虫就可被喂给鱼类。卤虫还可以直接食用,有建议称可将卤虫用作长期太空旅行食物。医药界也对卤虫包囊备感兴趣。

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新浪科技
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