逆天水熊蟲：耐得了真空扛得住高溫，還自備「防輻射」蛋白？

文：FranklinWhite

編輯：窗敲雨

是誰在零下二十度沉睡三十年後成功蘇醒？是誰能在150℃高溫下談笑風生？耐得了真空，扛得住射線，在六倍於深海壓力的環境也能存活下來，水熊蟲的故事，大家可能已經不陌生了。

電鏡下的一隻水熊蟲。

水熊蟲（water bears）並不是一個物種，而是由1000多個物種組成的緩步動物門（Tardigrades）的統稱。這些8隻爪、長得有點像米其林的傢伙看似簡單，耐受極端環境的能力卻令人驚嘆。水熊蟲們的棲息地相當廣泛，海洋、淡水甚至沼澤中都有它們的身影。水熊蟲必須要在水環境中才能生長和繁殖，而遇到泥沼乾涸時，它們也自有辦法：讓自己脫水收縮，進入一種可逆的「隱生」狀態（Anhydrobiosis）。在「隱生」狀態下，水熊蟲可以耐受各種極端的物理環境，科學家們也一直對這背後的原理十分感興趣。

通過基因組分析，來自日本的研究團隊發現了水熊蟲對抗極端環境的一件法寶——一種可以「防輻射」的蛋白質。有了它，可以顯著減少DNA在遭受x射線照射時的損傷。相關論文於9月20日發表在《自然·通訊》期刊上。

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從脫水狀態逐漸恢復生機的水熊蟲（Ramazzottius varieornatus）。視頻錄製者：Daiki D. Horikawa

基因組裡的秘密

其實，這已經不是科學家第一次嘗試尋找水熊蟲耐受能力的機制了。去年，曾有遺傳學家對一種淡水水熊蟲（Hypsibius dujardini）進行了測序，他們聲稱在水熊蟲基因組中發現了大量來自其他生物的外源基因，並由此提出了水熊蟲通過「水平基因轉移」從其他生物那裡獲得環境耐受基因的假說。但是，很快又有科學家提出質疑，認為這個基因組數據被微生物污染了，結果並不可靠。（更多閱讀：世界上最頑強動物的基因組，究竟長啥樣？）

這一次，日本研究者們選擇了一個耐受力最強的水熊蟲物種（Ramazzottius varieornatus），對它們進行了基因組測序，並研究了不同階段的基因表達情況。為了避免測序時的微生物污染，他們用次氯酸鹽和抗生素給水熊蟲樣品做了個徹底滅菌。

測序結果發現，這種水熊蟲來自外源生物的基因很少（只有1.2%），遠低於此前報告的結果。該結果證實，水熊蟲抵抗極端環境的關鍵基因來自自身演化，而非其他外源生物。

這水熊蟲的基因有什麼特別？相比其他動物，它具有更多超氧化物歧化酶基因，以及更多拷貝的MRE11基因（用於修復DNA雙鏈斷裂）。這些基因可以幫助減輕氧化損傷、修復DNA，從而起到保護作用。此外，水熊蟲體內還缺少了一些與環境應激有關的基因，這可能也有助於它們渡過難關。

防輻射「護盾」

通過基因組和基因表達的研究，科學家們還找到了水熊蟲抵抗輻射損傷的一個獨門武器——損傷抑制蛋白（Damage suppressor, Dsup)。這種蛋白質從水熊蟲的胚胎時期就開始大量表達，它可以結合在DNA上，並作為「護盾」抵抗輻射損傷。

在水熊蟲體內，Dsup蛋白充當了為DNA抵擋射線的「護盾」。

這種蛋白「護盾」放到其他細胞里也同樣能起到保護作用。研究人員讓實驗室里培養的人源細胞也表達了這種「護盾蛋白」，結果，與沒有「護盾」的普通細胞相比，表達了Dsup蛋白的細胞在接受x射線輻射後，仍然保持了一定的細胞活性和增殖能力，其DNA損傷也比對照組減輕了40%。

了解了這種蛋白「護盾」，有朝一日人類或許也可以提高自身或是其他生物耐受x射線輻射的能力，或許還能變得更適應太空環境，不過這一點還不會很快實現。研究者也表示，Dsup蛋白並不是萬能的，它雖然效果明顯，但也只是減少了大約一半的DNA損傷。

要想完全了解水熊蟲的基因組功能，還需要更多後續研究工作。跟著水熊蟲這個「超級倖存者」，人類或許還能學到更多極端環境下的生存之道。

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