“這些從永動土層中採集到的輪蟲至少已經有2.4萬年的壽命,解凍之後它們恢復地很好,依舊具有透過孤雌生殖繁殖的能力。”
來自俄羅斯凍土實驗室的科學家們在世界頂級期刊Current Biology上公佈了他們在凍土生物學方面多年的成果,這些來自西伯利亞凍土的原始生物,成功揭示了多細胞生物透過冷凍休眠活過漫長時間的可能。
隱生現象
輪蟲是一種體型非常微小的多細胞生物,體長在0.04-0.2毫米之間,一般只有在顯微鏡之下才能見到它們的身影。輪蟲的分佈非常廣泛,城市中的輪蟲常聚集在汙水處理系統中,依賴人類生活的有機物生存。而自然界中的輪蟲的生活方式則較為原始,分佈在江河湖海之中,潮溼土壤和苔蘚叢中也少不了他們的身影。
在這次發現之前,隱生現象基本上是一種描述水熊蟲的專有名詞。這些只有0.1毫米的小生物,在隱生狀態的加持之下,可以忍受150攝氏度的高溫、接近絕對零度(-273.15攝氏度)的低溫還有高壓、真空和高輻射等惡劣環境。曾有水熊蟲直接暴露在衛星軌道上十天之後,依舊有小部分成功復甦。
相對於水熊蟲的“全能”耐性,輪蟲的隱生狀態則更加地轉移。目前發現的這一批輪蟲碳14年代測量結果高達2.4萬年,即使經過了遠超任何人類史的漫長年代,輪蟲在解凍後依舊顯示出良好的生命狀態。
目前,生命在低溫環境下的休眠模式大致可以分為兩種。一種是短期休眠模式,生物會分泌防凍的蛋白質,這些蛋白質在南北極海洋魚類、兩棲類身體內部普遍存在。這些冷血生物在防凍蛋白的保護下,體內並不會結冰,可以在零下的環境內短暫生存。
還有一種就是輪蟲這種長期休眠模式。為了對抗極度寒冷的環境和漫長的休眠時間,輪蟲首先排除身體中的大部分水分,類似於《三體》中的“脫水”。脫水完成之後,生物體內的剩餘的體液開始凍結,這佔據了生物體內剩餘的75%水分。而最後25%的水分則儲存在細胞之中,細胞分泌出一種冰成核劑,使細胞外層可控制地結冰,從而保護細胞核內部脆弱的遺傳物質。
再加上輪蟲這種原始生物較為簡單,本身對細胞凍結帶來的傷害抵抗能力較強,因此構成了上萬年休眠倖存的理論基礎。
孤雌生殖
孤雌生殖比較高階的形式主要在叢集昆蟲中發生,許多農業上的有害昆蟲都可以直接透過沒有經過受精的卵子繁殖後代。這些後代均為雌性,並且在遺傳學上與它們的母代高度相似。這種生物繁殖方式由於沒有引入外部基因,對外部環境的適應較弱,屬於交配繁殖背景下的一種“備用方案”。
而在更加原始的六足動物和蟎類生物中,孤雌繁殖可以作為“克隆繁殖”的同義詞。雖然這種繁殖方式有悖於基因多樣性,但是配合上這些原始生物對環境的超強適應能力,採用一個“通用基因模板”進行繁殖,也成了一個獨特的解決方案。這也是為何在六足動物和蟎類生物中,孤雌繁殖的重要性與交配繁殖完全相當。
這次從凍土中解凍的輪蟲在解凍之後立刻進行孤雌繁殖行為也是一種非常少見的行為。一般來說,繁殖系統是生命最脆弱的單元。前文中提到的真空輻射實驗中的水熊蟲基本沒有能夠繼續繁殖後代,輪蟲的這個行為證明了冷凍隱生狀態並不是單純的單個生命的“苟活”,對整個種族在災難下的延續能力也有非同一般的意義。
總結
輪蟲的隱生狀態與人類想象中的“永生”狀態還是有不少的差距的,作為進化程度較高的人類復現這種隱生狀態在技術上也是難於登天。對於這種狀態的研究價值集中在:
1.根據這種隱生機理,製作冷凍劑材料,用於冷凍食品和醫療藥品,達到保鮮的效果;
2.為人類精子、卵子等長期冰凍儲存技術提供一個研究方向,這項技術可能應用於未來的星際探索等。
如果非要說有什麼當下的意義的話,1967年美國富豪貝德福德接受了冷凍實驗,計劃在2017年解凍復活。但是隨著凍土生物學的發展,這位富豪甦醒的可能也越發渺茫。人類複雜的生物結構即是現在輝煌文明的載體,也是人類突破時間限制的牢籠,這大概也是自然界微妙平衡的一部分吧。