新物种缓步动物展现出超级英雄般的治愈能力

这种微小的八足水熊可以在最恶劣的环境中生存。Gregory Paulson/Getty Images

缓步动物是一种体型微小的八足动物，外形类似外星熊，比地球上的任何野兽都强壮。这些小家伙可以承受大量辐射，几乎是人类致命辐射水平的 1,000 倍，并能在任何其他生物都无法承受的恶劣环境中生存。最近发现的一种缓步动物物种揭示了这种微小动物在暴露于高剂量伽马射线时如何通过修复 DNA 损伤来做到这一点的新见解。

已知的缓步动物种类大约有 1,500 种，它们被亲切地称为水熊，但关于这种耐寒无脊椎动物保护自己免受辐射的机制，我们仍有许多未知之处。一项新研究专门研究了一种名为Hypsibius henanensis 的缓步动物，以揭示缓步动物拥有超能力的分子机制背后的线索。研究结果可以为减轻辐射对太空宇航员的影响提供新方法，并为人类的长期太空飞行提供便利。

“缓步动物等极端微生物对极端环境的抵抗力是尚未探索的抗逆分子机制的宝库，”中国科学院研究员、论文第一作者李雷在一份声明中表示。“对这些放射耐受机制的功能研究……将进一步拓宽我们对极端条件下细胞生存的理解。”

这项研究的科学家于周四在《科学》杂志上发表了 这项研究，他们 对该缓步动物的基因组进行了测序，该动物是他们六年前在中国河南省发现的。当受到辐射时，缓步动物会激活一套复杂的防御系统，不仅可以保护其 DNA 免受损害，还可以修复任何发生的断裂。

缓步动物最为人熟知的防御机制是它们能够进入一种类似死亡的休眠状态，在休眠状态下，它们会收缩八肢，蜷缩成一个球，同时几乎耗尽体内所有的水分（水熊与《沙丘》中虚构的阿拉基斯星球十分相像）。这种脱水状态以及其他防御措施使它们能够在最极端的条件下存活数十年甚至更长时间，在极寒天气、强烈辐射或太空真空中生存。

最近发现的物种Hypsibius henanensis共有 14,701 个基因，其中 30% 是缓步动物独有的。通过一系列实验，科学家将他们新发现的水熊暴露在 200 和 2,000 戈瑞的辐射剂量下，结果发现 2,801 个与 DNA 修复、细胞分裂和免疫反应有关的基因变得活跃（“戈瑞”是辐射剂量的标准计量单位）。其中一个基因 TRID1 会在受损部位召唤一种蛋白质（称为 53BP1），以帮助修复 DNA 中的双链断裂。

水熊虫还利用其他基因来增强其惊人的恢复力，其中包括 DODA1，它可以产生通常存在于细菌、植物和真菌中的抗氧化色素，以清除辐射引起的反应性化学物质。另一个基因 BCS1 可以保护缓步动物的细胞免受线粒体的损​​伤。

怀俄明大学分子生物学系助理教授托马斯·布思比 (Thomas Boothby) 告诉 Gizmodo：“从深海环境到高山之巅，缓步动物几乎遍布地球的各个角落。”他没有参与这项研究。“缓步动物遍布各大洲，包括南极洲。它们忍受极端压力的能力可能有助于它们在不同生物群落的广泛殖民。”

2021 年，布思比将水熊送入太空，让它们在国际空间站上经受严酷的条件，以更好地了解它们如何忍受极端环境。“了解缓步动物如何在太空和航天条件下生存非常重要，因为这可以帮助我们开发治疗方法和应对人类在长时间航天飞行过程中遇到的压力和功能障碍的对策，”布思比说。“这对于促进人类在太空中安全高效地生存以及扩大我们的太空经济至关重要。”

缓步动物一直让科学家着迷，尤其是在航天领域。了解这些微小生物如何在微重力和高辐射水平的恶劣环境中生存，可以帮助研究人员找到保护人类免受长期航天影响的方法。

“更好地了解缓步动物应对极端压力（包括太空飞行过程中经历的辐射等）的独特策略，将有助于我们了解如何保护人类免受这些压力的影响，”Boothby 说。“这对于安全、高效的深空任务或长期载人航天任务非常重要。”