逆天水熊虫：耐得了真空扛得住高温，还自备“防辐射”蛋白？

是谁在零下二十度沉睡三十年后成功苏醒？是谁能在150℃高温下谈笑风...

是谁在零下二十度沉睡三十年后成功苏醒？是谁能在150℃高温下谈笑风生？耐得了真空，扛得住射线，在六倍于深海压力的环境也能存活下来，水熊虫的故事，大家可能已经不陌生了。



电镜下的一只水熊虫。

水熊虫（water bears）并不是一个物种，而是由1000多个物种组成的缓步动物门（Tardigrades）的统称。这些8只爪、长得有点像米其林的家伙看似简单，耐受极端环境的能力却令人惊叹。水熊虫们的栖息地相当广泛，海洋、淡水甚至沼泽中都有它们的身影。水熊虫必须要在水环境中才能生长和繁殖，而遇到泥沼干涸时，它们也自有办法：让自己脱水收缩，进入一种可逆的“隐生”状态（Anhydrobiosis）。在“隐生”状态下，水熊虫可以耐受各种极端的物理环境，科学家们也一直对这背后的原理十分感兴趣。

通过基因组分析，来自日本的研究团队发现了水熊虫对抗极端环境的一件法宝——一种可以“防辐射”的蛋白质。有了它，可以显著减少DNA在遭受x射线照射时的损伤。相关论文于9月20日发表在《自然·通讯》期刊上。



从脱水状态逐渐恢复生机的水熊虫（Ramazzottius varieornatus）。视频录制者：Daiki D. Horikawa其实，这已经不是科学家第一次尝试寻找水熊虫耐受能力的机制了。去年，曾有遗传学家对一种淡水水熊虫（Hypsibius dujardini）进行了测序，他们声称在水熊虫基因组中发现了大量来自其他生物的外源基因，并由此提出了水熊虫通过“水平基因转移”从其他生物那里获得环境耐受基因的假说。但是，很快又有科学家提出质疑，认为这个基因组数据被微生物污染了，结果并不可靠。（更多阅读：世界上最顽强动物的基因组，究竟长啥样？）



这一次，日本研究者们选择了一个耐受力最强的水熊虫物种（Ramazzottius varieornatus），对它们进行了基因组测序，并研究了不同阶段的基因表达情况。为了避免测序时的微生物污染，他们用次氯酸盐和抗生素给水熊虫样品做了个彻底灭菌。

测序结果发现，这种水熊虫来自外源生物的基因很少（只有1.2%），远低于此前报告的结果。该结果证实，水熊虫抵抗极端环境的关键基因来自自身演化，而非其他外源生物。

这水熊虫的基因有什么特别？相比其他动物，它具有更多超氧化物歧化酶基因，以及更多拷贝的MRE11基因（用于修复DNA双链断裂）。这些基因可以帮助减轻氧化损伤、修复DNA，从而起到保护作用。此外，水熊虫体内还缺少了一些与环境应激有关的基因，这可能也有助于它们渡过难关。通过基因组和基因表达的研究，科学家们还找到了水熊虫抵抗辐射损伤的一个独门武器——损伤抑制蛋白（Damage suppressor, Dsup)。这种蛋白质从水熊虫的胚胎时期就开始大量表达，它可以结合在DNA上，并作为“护盾”抵抗辐射损伤。



在水熊虫体内，Dsup蛋白充当了为DNA抵挡射线的“护盾”。

这种蛋白“护盾”放到其他细胞里也同样能起到保护作用。研究人员让实验室里培养的人源细胞也表达了这种“护盾蛋白”，结果，与没有“护盾”的普通细胞相比，表达了Dsup蛋白的细胞在接受x射线辐射后，仍然保持了一定的细胞活性和增殖能力，其DNA损伤也比对照组减轻了40%。

了解了这种蛋白“护盾”，有朝一日人类或许也可以提高自身或是其他生物耐受x射线辐射的能力，或许还能变得更适应太空环境，不过这一点还不会很快实现。研究者也表示，Dsup蛋白并不是万能的，它虽然效果明显，但也只是减少了大约一半的DNA损伤。



要想完全了解水熊虫的基因组功能，还需要更多后续研究工作。跟着水熊虫这个“超级幸存者”，人类或许还能学到更多极端环境下的生存之道。本文来自果壳网，谢绝转载

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