水熊蟲為何幾近無敵?科學家有了進一步發現

作者 | 發布日期 2016 年 09 月 22 日 13:32 | 分類 生態保育 , 科技趣聞 follow us in feedly

緩步動物門(Tardigrades),這種肉眼難以見到、一般俗稱為「水熊蟲」(Water Bears)的微小生物,卻強大到可以生存於任何極端條件中。舉凡從逼近絕對零度的零下 272℃ 低溫,到 115℃ 高溫的環境,或是暴露在高劑量輻射下、優游在有機溶劑中,對牠而言都不成問題。在冷凍庫裡待上 30 年或是讓牠脫水個 10 年也只是小意思,畢竟水熊蟲目前還是地球上唯一已知能在外太空存活的動物。近期《自然通訊》(Nature Communications)刊登了東京大學科學團隊的文章,指出透過基因定序,他們找到了水熊蟲「無敵」的線索。而這項研究,或許能幫助人類進一步提升環境適應力。




水熊蟲的種類有將近一千餘種,體長通常小於 1 毫米,有四對腳,尾端附有爪子或吸盤。該研究表示,水熊蟲時常處於嚴苛的環境中,因此隨著時間演化出各種因應手段,包括能主動除去某些對自身有害的 DNA,像是會驅使細胞消耗自體結構、會製造具有破壞性過氧化氫分子的 DNA 等等。

不過水熊蟲的基因組可不是只會「改邪歸正」那麼簡單。研究人員針對最為頑強的一種水熊蟲 Ramazzottius varieornatus 進行分析,發現牠們的基因組比其他動物包含了更多抗氧化酶以及 DNA 修復基因,能幫助水熊蟲在脫水時減緩氧化,以及快速回復受損的 DNA。此外,牠們還擁有一種獨特的基因,研究人員稱這種基因為 Dsup(Damage suppressor,損害抑制),能進化出新的蛋白質,形成保護機制,讓細膩的 DNA 鏈免於破損。當這種蛋白質被移植到人類腎臟的細胞系(cell line)上時,這些細胞比一般未經修改的正常細胞更能有效抵擋 X 光與過氧化氫的破壞。

▲ 水熊蟲在脫水時會逐漸緊縮成一團,停止運動及代謝,直到有了水份才會「重生」。(Source:NPG Press

水熊蟲的基因組是怎麼組成的,在學界中早已激起廣泛爭論。就在去年,北卡羅萊納大學的科學家就曾經發表文章,宣告他們首次將一種水熊蟲的全基因組完成定序,並發現高達 17% 的 DNA 不是水熊蟲本身的,而是來自其他物種,因此判斷這些 DNA 乃是透過水平基因轉移(horizontal gene transfer,HGT)而獲得。但這結論公布不久,另一項來自愛丁堡大學研究團隊的研究便加以駁斥。該團隊認為北卡大學用來定序的基因組受到了外在污染,那些基因可能在水熊蟲的表皮或消化道裡面,而不是真正與水熊蟲的基因組轉換融合在一起。

▲ 水熊蟲移動的樣子,還蠻可愛的吧?(Source:NPG Press

如今東京大學團隊在這份研究的過程中,試圖避免其他微生物污染,於是透過把卵消毒、讓水熊蟲保持飢餓,並且針對牠們使用抗生素,而營造出一個極端艱困的環境,只有最頑強的水熊蟲得以存活下去。這群科學家因而能精確定序出水熊蟲的基因組,發現當中只有 1.2% 的比率來自其他物種,證明了水平基因轉移並非水熊蟲獲得超強環境適應力的主要方式。

Dsup 基因能產生具保護作用的蛋白質,讓微不足道的水熊蟲透過演化後無比強大。將來有一天,這種基因勢必會被用來製造出耐脫水的細胞、能在外太空生長的農作物,甚至修護器官組織等等,幫助我們更加強健而不受侵襲。不過我們也該體認到,當人類末日降臨時,某些生物的盛世或許才正要展開,想像一下蟑螂統治地球的樣子吧。

(首圖來源:Nature Communications) 

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