这是有史以来最具韧性的生命体

The setting sun is seen from Pembroke, Malta, June 7, 2017. REUTERS/Darrin Zammit Lupi - RTX39IPZ
Researchers have found that one organism, the tardigrade, will live on when everything else goes extinct.Image: REUTERS/Darrin Zammit Lupi
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许多威胁都可能让人类灭绝——包括气候变化、核战争和疾病。但在人类(以及地球上的所有其他动物)灭绝后,一种微小而神奇的生物仍将存活:缓步动物。

缓步动物有时也被称为水熊虫或苔藓小猪,通常长约0.5毫米,能够在种类惊人的环境条件下存活。

正如近期一项关于这些微小生物的研究人员所指出的,缓步动物能在低至华氏零下450度或高至华氏302度的温度下存活几分钟;在华氏零下4度的环境中则能坚持数十年。(相比之下,人类在那样的严寒中撑不过10小时。)

在这项新研究中,于周五发表在《科学报告》期刊上三位牛津大学科学家调查了可能具有足够灾难性、足以消灭地球上所有生命的天体物理事件。

由于缓步动物是地球上最具韧性的物种,研究人员以它们作为衡量标准。

消灭生命

科学家认为,消灭地球上所有生物最简单的方法,就是让整个海洋沸腾。根据他们的计算,要做到这一点,地球需要获得5.6 x 10^26焦耳的能量输入——大约相当于按当前速度生产人类全部能源一百万年的总量。

理论上,三类灾难可能导致这种情况发生:超新星爆发、伽马射线暴和大型小行星撞击。

他们计算,要让小行星向地球释放足以煮沸海洋的能量,它必须极其巨大(质量达1.7 x 10^18千克)。我们所知的太阳系内接近这一质量的天体只有17个候选者——其中一个是冥王星——而且它们的轨道都不会与地球相交。因此,这种情形极不可能发生。

伽马射线暴是神秘的爆发,会将惊人的能量集中到狭窄的射流中。科学家发现,要杀死地球上的缓步动物,这种爆发必须发生在42光年以内,而且射束必须正对地球——这种情形也极不可能发生。

超新星是恒星的剧烈爆发,产生的热量足以煮沸地球海洋。但要让相当一部分热量传到地球,超新星从宇宙尺度看必须离我们相当近。

距离地球最近的恒星(太阳除外)名为比邻星,但它太远了——如果那里发生超新星爆发,海洋温度只会升高0.1摄氏度。此外,比邻星的类型本来也不适合形成超新星。

研究人员总结说,由于这三类事件发生的可能性都极低,缓步动物或许还会在地球上存续约十亿年——直到太阳变得如此明亮、炽热,以至于地球上不再有液态水。

缓步动物的本领

缓步动物被视为极端微生物,这个术语指的是那些在科学家曾认为无法维持生命的环境中被发现的生物。它们曾在南极苔藓中冷冻30年后复苏。研究还显示,它们能在太空中存活。

Image: 美国自然历史博物馆

这项新研究的两位作者在《对话》网站近期发表的一篇文章中进一步阐述了这些微观生物非凡的韧性。

“把大气压提高到地球表面气压的1,000多倍,或者降到太空真空状态,它们都能继续存活,”研究人员写道。“它们在没有食物或水的情况下最多能存活30年。它们甚至能承受数千戈瑞(标准剂量)的辐射。(对大多数人类而言,10戈瑞就是致死剂量。)”

缓步动物有1,000多个不同物种,生活在地球各类环境中。它们如此耐受的主要原因,是能够进入隐生状态,这种状态与死亡极为接近。在这种状态下,生物体的新陈代谢活动会降至无法检测的水平。它们的身体收缩,体内水分只剩下3%。实质上,它们完全脱水。

科学家仍在研究隐生状态,有些人称之为“介于生与死之间的第三种状态”;他们也在研究缓步动物生物学的其他方面。

2015年,研究人员对这些生物的基因组进行测序时发现,缓步动物近六分之一的DNA来自外来生物(相比之下,大多数动物这一比例仅为1%)。研究人员认为,这是因为缓步动物在遭受极端干燥等强烈压力时,DNA会裂解成小片段。细胞开始重新吸水时,细胞膜以及容纳DNA的细胞核会暂时变得通透,使其他大分子得以通过。

它们在重新吸水时会修复自身DNA并吸收外来DNA——这一过程使它们获得来自其他物种的拼接式基因。

2016年,东京大学的科学家也在缓步动物中发现了一种新蛋白质,这种蛋白质能保护它们免受有害辐射。

这些能力挑战了科学家对进化过程的理解,也为如何提高人类生存能力提供了线索。

在搜寻外星生命中的应用

这项新研究的重点并非突出缓步动物有多么非凡。牛津大学的研究人员想要探究的是:类地行星上出现生命后,生命存续下来的可能性有多大。

作者指出,如果其他类地行星上的生命起源也产生了像缓步动物这样耐受力强的生物,那么生命很可能仍然存在于那些行星上。

这为搜寻外星生命带来了希望,因为这意味着,如果生命曾在任何类似地球的行星上扎根,那里很可能仍有幸存者,我们或许有朝一日能够找到它们。

不过,这个好消息也有若干限制。研究人员没有考虑严重气候变化等反馈过程的影响,因此存在这样的假设情景:最初的灾难可能相对轻微,但其影响会随着时间推移而不断累积。

他们还假设其他类地行星上的生命与地球上的生命相似。

尽管如此,研究人员指出,人类或许相对脆弱,但生命整体“极其坚韧”。

“我们并未完全理解生命起源的机制,但生命一旦在类地行星上出现,彻底消灭所有生命(宿主恒星演化所导致的情况除外)就是一件极不可能发生的事,”他们在研究中总结道。

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