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科學報 科學文摘 探索

水熊蟲是世界上生命力最頑強的生物嗎?


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更新日期:2019521
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嗅怪獵奇

緩步動物通常只能長到1毫米左右長,但這種微小的生物可以抵禦世界上最惡劣的生存條件(或者更極端的生存環境)。

1777年,德國動物學家 Johann August Ephraim Goeze首次發現這種微小的水生生物。由於它們行走的方式形似熊的步態,他將它們命名為kleiner Wasserbär (「小水熊蟲」)。後來,義大利生物學家Lazzaro Spallanzani為他們創造了一個名字 「tardigrade」(「緩步動物」),因為它們像烏龜一樣行動緩慢。

儘管緩步動物與細菌等單細胞生物大小相似,但它們可能包含多達4萬個細胞。目前,已知的緩步動物有900多種,其中最大的緩步動物是歐亞海域的海洋生物Echiniscoides sigismundi,成年Echiniscoides sigismundi的體型可長到1.5毫米。

Even the largest tardigrade species, Echiniscoides sigismundi, maxes out at 1.5 mm (0.05 in)

從南極冰下5米的深處到熱帶雨林,從海底到山頂、溫泉甚至火山內部,都能找到水熊蟲的身影。令人難以置信的是,在沒有食物的實驗室條件下,這些生命力極強的生物也能存活30年之久(它們以動植物、細菌甚至其他緩步動物的細胞為食)。

儘管它們的適應能力很強,但為了保持活力,它們的身體需要處在有水的環境中,以防止身體乾燥,同時呼吸水中的氧氣。因此,它們經常生活在薄薄的一層水膜里,例如潮濕的苔蘚或者地衣上。

緩步動物能夠生存的一系列挑戰死亡的環境讓人類自愧不如。它們是世界上最耐熱的動物,能夠忍受150攝氏度的高溫,或低至零下200攝氏度的低溫。它們也能在冰凍環境中生存:緩步動物在冰中存活的最長時間超過32年,其中兩個水熊蟲於1983年11月被冰凍,2015年12月25日被日本科學家復活。

The tardigrades were one of around 40 experiments on board the Foton-M spacecraft sent to orbit in 2007

緩步動物能夠承受比海洋最深處高六倍的壓力,也能承受缺氧和真空低壓的環境。事實上,它們是外太空生命力最頑強的生物:2007年,科學家通過歐洲航天局的FOTON-M3太空飛行器將兩種緩步動物送入軌道,將它們暴露在真空中和足以將人燒成灰燼的輻射水平下。其中三分之一的緩步動物活著回到地球,而其中的10%能夠繼續交配和產卵。

它們是如何做到的?

在面對惡劣環境時,例如,在乾旱環境下,緩步動物會進入「隱生狀態」,它們蜷縮起來以縮小表面積,形成所謂的「tun」,它們的新陳代謝就會暫時停止。就好像它們已經死亡了一樣,但這種狀態是可逆的,一旦周圍環境改善,緩步動物的新陳代謝就會恢復。

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When facing extreme conditions, a tardigrade retracts external features such as its legs and shuts down internal systems, until such a time that conditions become more tolerable

它們身體缺乏的液體會被幫助維持細胞的蛋白質所取代。這之後它們可能需要幾個小時的時間才能恢復,但在經歷了一個多世紀的隱生狀態後,一些乾苔蘚中的緩步動物已經恢復了活力。

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那麼,非凡的生存能力能否使它們成為「極端微生物」?

嚴格意義上來說,不能。極端微生物在極度惡劣的條件下也能茁壯成長。緩步動物能夠在這樣的環境中存活相當長的時間,但如果它們繼續暴露在惡劣的環境中,最終將會死亡。真正的極端微生物包括世界上最耐熱的陸地動物撒哈拉沙漠螞蟻,能夠承受53攝氏度(127.4華氏度)的高溫,以及世界上海拔最高的蜘蛛喜馬拉雅跳蛛,其在尼泊爾珠穆朗瑪峰海拔6700米的地方被發現。

Left: the Saharan desert ants have one of the highest thermotolerances in the animal kingdom; right: no spider lives at higher altitudes than the Himalayan jumping spider

關於這些微小的破紀錄者,還有很多有待發現。我們仍然不了解它們能夠生存的全部環境。直到2016年,緩步動物交配的視頻才首次面世。有些物種甚至可以無性繁殖:雌性可以在沒有受精的情況下產卵,這是該生物多產適應性的另一個標誌。

的確,緩步動物非凡的生存能力很有可能能夠幫助它們在災難性事件中存活下來,比如大型小行星撞擊地球和來自超新星的伽馬射線暴。雖然緩步動物的體型極小,但它們可能比我們所有人都要活得更久……

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