缓步动物为主题论文

缓步动物是地球和月球上最迷人的生物之一。 2019 年，以色列航天器 Beresheet 坠毁在月球上，科学家们装载容器上的数千个脱水缓步动物（以及人类 DNA 样本）溢出。缓步动物处于“吞”状态，处于休眠状态，它们缩成一团，排出体内大部分水分，并通过隐生作用降低新陈代谢，直到它们进入更适合维持生命的环境。 它们可以这样存活几十年。 它们也非常耐寒，甚至可以承受最恶劣的环境，包括零度以下的温度——我们与领先的研究人员进行了交谈，以找出是什么让这些小“水熊”如此惊人。根据最新的研究，以下是我们最喜欢的关于缓步动物的六个事实。 缓步动物是一类具有八条肢体和奇怪的、类似外来微生物。 贝克大学领先的缓步动物研究员威廉米勒说，它们的数量非常丰富。 他说，数百种物种“遍布七大洲；从最高的山峰到最低的海洋，无处不在”。 “许多缓步动物生活在水中，但在陆地上，你几乎可以在任何有苔藓或土堆的地方找到它们。” 2007年，科学家们发现这些微小的生物可以在外太空寒冷、受辐射的真空环境中存活很长时间。一个欧洲研究小组将一组活的缓步动物放在FOTON-M3火箭的外侧绕地球轨道运行了10天。当水熊返回地球时，科学家们发现68%的水熊经受住了考验。尽管缓步动物在太空中生存的能力是独一无二的，但米勒坚持认为，没有理由相信它们是为此而进化的，或者就像VICE纪录片中误导人的暗示那样，它们来自地外。相反，缓步动物在太空生存的能力是一种奇怪的反应，它们进化来克服地球上威胁生命的问题:缺水。 在地球上最干燥的地方可以找到陆生缓步动物。米勒说:“我在西奈沙漠的一块岩石下收集了一些活的缓步动物，而这片沙漠在过去的25年里没有任何降雨记录。”然而，从技术上讲，它们是水生生物，几乎做任何事情都需要一层薄薄的水，包括进食、交配或四处走动。没有水，它们就像搁浅的海豚一样活跃。 但是陆生缓步动物进化出了一种奇特的应对干旱的方法:当它们的环境变干时，它们也会变干。缓步动物将进入一种称为干燥的状态，在这种状态下，它们会萎缩，失去身体中大约3%的水分，并将新陈代谢速度减慢到正常速度的。在这种状态下，缓步动物什么也不做，一直坚持到再次被水淹没。当这种情况发生时，这种生物就会像重新浸湿的海绵一样重新活过来，并继续前进，就像什么都没发生过一样。 更令人惊讶的是缓步动物能在这种奇怪的状态下存活十多年。根据米勒的说法，一些研究人员认为，一些缓步动物甚至可以在干旱中生存长达一个世纪。然而，(持续补水的)缓步动物的平均寿命很少超过几个月。 “这听起来很奇怪，”米勒说，“尽管这些缓步动物只能存活几周或几个月，但它们的寿命可以延长很多很多年。”《基因组生物学与进化》杂志的一项新研究报告称，这种适应性强的小生物与用眼睛看颜色的动物没有相同的视蛋白(光敏、感光蛋白)。在这项研究中分析的一种缓步动物(Ramazzottius variornatus)根本没有眼睛，但却有活跃的视蛋白。另一种物种(Hypsibius exemplaris)确实有眼睛，但它们的视蛋白对光刺激没有反应——这是色觉的必要特征。从技术上讲，缓步动物仍然有可能看到一些颜色，但它们看到的东西更有可能是黑色和白色的。毕竟他们的眼睛很简单。还需要进一步的研究来确定他们的视力是如何工作的。在它干燥的状态下，缓步动物的恢复能力是荒谬的，几乎是荒谬的。实验室测试表明，缓步动物能承受绝对真空和巨大压力，其承受的压力是深海动物的五倍以上。即使温度高达300华氏度或低至-458华氏度(刚刚高于绝对零度)，也不会意味着这种生物的末日。但是，缅因州联合学院(Unity College)的缓步动物首席研究员艾玛·佩里(Emma Perry)说，它恢复力的确切来源仍是个谜。“总的来说，我们对这个物种的功能知之甚少，尤其是在分子水平上。” 有线索。科学家们已经了解到，当缓步动物进入干燥状态时，“它会用一种叫做海藻糖的糖分子取代一些细胞内容物，”佩里说。 研究人员认为，海藻糖分子不仅可以取代水，而且在某些情况下还可以从物理上限制生物的剩余水分子，防止它们在面临高温和低温时迅速膨胀。这很重要，因为膨胀的水分子(就像你冻伤时发生的情况)可能意味着大多数动物的细胞立即死亡。太空是致命的，这不仅仅是因为真空。在我们的保护大气层之外，有由遥远的超新星、太阳和其他来源造成的致命辐射。太空辐射以有害带电粒子的形式存在，这些粒子可以嵌入动物体内，撕裂分子和破坏DNA的速度超过修复速度。 但在这里，缓步动物似乎也奇怪地为太空生活做好了准备。根据美国国家航空航天局太空辐射实验室主任彼得·圭达的说法，宇航员(以及太空中的缓步动物)最担心的辐射是一组被称为活性氧的分子。电离辐射进入人体，穿透含有氧的任性分子。简单地说，那些刚被辐射的分子就会在身体里喷涌而出，造成各种伤害。 缓步动物在它们干燥的状态下，会产生异常数量的抗氧化剂(是的，这些抗氧化剂实际上存在于 健康 食品之外)，它们能有效地中和那些四处游荡的邪恶活性氧物种。在一定程度上，正是由于这种天赋，缓步动物被发现能够承受更高剂量的辐射，而且比研究人员原本认为的要成功得多。 缓步动物进化到能在高辐射剂量下生存的原因也是个谜。然而，米勒指出了一个主要的理论:也许缓步动物的进化是为了被风吹走，并在地球的大气层中生存下来——这不仅可以解释它们的坚韧不拔，也可以解释为什么它们在世界各地都能找到。根据2020年1月发表在《科学报告》(Scientific Reports)上的一项研究，也许有一件事缓步动物不太擅长处理:长时间的高温。研究表明，这种基于温度的“阿基里斯之踵”也会延伸到缓步动物处于保护性桶状态的时候。 研究人员对缓步动物Ramazzottius杂色缓步动物(Ramazzottius杂色缓步动物的一种)进行了研究，发现近50%的缓步动物暴露在181华氏度的环境中一个小时后死亡。活跃的缓步动物——也就是那些没有处于“桶”状态的动物——境遇更糟。 这些温度实验表明，在给定的时间内，大多数缓步动物都能适应剧烈的温度波动:与那些有整整24小时适应高温的动物相比，有一小时适应高温的缓步动物面临更高的死亡率。 缓步动物专家卢卡兹·卡兹莫科在接受《卫报》采访时表示:“缓步动物能够承受与小行星撞击地球时产生的压力相当的压力，所以像这样的一次小碰撞对它们来说无足轻重。” 这对我们来说意味着什么呢?如果人类能像缓步动物那样复制隐生物，我们的寿命将比平均预期寿命长得多。根据卡兹莫克的说法，当缓步动物进入桶状状态时，它不会衰老。它在一个月大的时候就会进入休眠状态，几年后醒来时，生理上还是原来的年龄。 卡兹莫科说:“如果我们计划到不同的星球去执行任务，也许将来我们可以利用这一点，因为我们到达那里时需要年轻。”6有些缓步动物产有尖刺的卵这种永远神秘的、类似外星人的生物又给科学家们带来了另一个难题:一种新发现的能产下带刺卵的缓步动物是怎么回事? 在2020年6月发表在《科学报告》(Scientific Reports)上的一篇论文中，科学家们揭示，这一新物种卵形Dactylobiotus ovimutans展示了“一系列蛋壳形态”，尽管“该种群是在受控的实验室条件下培养的”。 研究人员认为，一种“表观遗传因素”可能导致了D. ovimutans蛋上出现的一系列形状和特征。但谜题依然存在:为什么D. ovimutans在后代身上转向表观遗传学(对生物体的DNA序列没有影响的基因激活/去激活)?