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水熊虫的超强蛋白质也能保护人类基因免于辐射伤害

作者 时间:2020-07-19 阅读次数:768
水熊虫的超强蛋白质也能保护人类基因免于辐射伤害

被俗称为「水熊虫」的缓步动物门的物种虽然微小到无法以肉眼观察,但却因为他们强大的生存能力而受到瞩目,他们生存的环境十分多元,在许多极端恶劣的环境中都能够生存。除了极端温度的环境之外,他们对于辐射的耐受性非常高,对氧气以及水分的要求非常低,甚至能够在太空环境中存活。

目前研究已经发现,水熊虫中具有能够转译出被称为 Dsup(damage suppressor)蛋白质的基因,这种蛋白质能够抑制损害,是水熊虫拥有极佳生存能力的关键。而最近的研究中,研究者在人类细胞中植入来自水熊虫的 Dsup 蛋白质基因,结果发现这些人类细胞暴露在辐射之后,细胞受损的程度竟然只有一般细胞的一半,这样的研究结果显示了这个基因能够显着的提升人类细胞对于辐射的耐受程度。

水熊虫超强的生存能力长久以来都让科学家啧啧称奇,简直就像是科幻电影中才会出现的神奇生物。他们的最大也不过一颗沙粒的大小,表面上观察不到眼睛,具有像吸尘器吸头一样的鼻子构造,8 条像熊掌似的肥短足部,以及像穿着防护衣一样的外表。他们主要的营养来源是苔藓、地衣等,但有些也以其他水熊虫为食。这些原始的水生生物可以在比一般自然环境还要来得恶劣的地区生存。在只比绝对零度温度高一些些的地方,或者将他们丢进滚烫液体里对他们来说都不是什幺大问题。

在先前的研究中,科学家曾经将水熊虫泡入摄氏零下 253 度的液态氮中长达 26 个小时,在这之后他们居然还活着,只需要几滴水就能够让他们重新活动。地球上目前有记录最低温的环境也不过是南极曾经到达的摄氏零下 89.2 度而已。

除了对于温度的耐受性之外,水熊虫对于环境中的压力耐受性也令人啧啧称奇。目前人类所知的缓步动物门物种大约有 1,000 种,而地球上最深的海沟太平洋马里亚纳海沟深达 11 公里,由于水压过高,海沟深处鲜少有生物能够生存,但缓步动物门中就有物种能够在比马里亚纳海沟高 6 倍的水压环境下生存。

连外太空都能生存

除了能够适应高压环境的能力之外,外太空环境似乎缓步动物门的生物也不是问题。在 2007 年,几千只水熊虫被带上人造卫星上,直接暴露于真空环境中致命的宇宙辐射,再被送回地球。历经这样艰困的环境之后,当中许多水熊虫还仍然存活,当中有些雌性水熊虫甚至还在过程中产卵,并且在后来顺利孵化出健康的子代。

水熊虫之所以能够在极端环境中存活,其中一点是因为他们在恶劣环境下能够将自身的生理功能速率降低到几乎暂停的状态,在这种状态下他们体内的水分几乎全部流失,而身体内的代谢率下降到比正常时的代谢低一万倍的速率,但目前还不清楚他们到底是如何办到。

在这些年来,许多以水熊虫为目标的研究都有得到一个类似的结论,也就是他们能够提升自身修复 DNA 的能力,尤其是当周遭转变为极端缺水的环境的时候,他们能够维持着这样特殊的状态在极端缺水的环境下存活数十年。来自日本东京大学的生物学家 Takuma Hashimoto 所带领的研究团队以人类细胞做为实验材料,发现缓步动物门的 Dsup 蛋白质能够在极端的生存环境之中保护 DNA,对于 X 光所造成的伤害也有很好的 DNA 保护效果。

而就在 2015 年 12 月,美国的另一个研究团队首次完成缓步动物门完整基因组定序。他们以 Ramazzottius hypsibius 进行定序,发现牠们的基因中将近 20% 来自其他的植物或动物,这项发现对于基因在动物界物种间相互平行传递有着重要意义。该研究团队于是推测这和水熊虫们之所以能够拥有惊人的环境适应能力有关係。

但是有另一派的学者并不认同这个想法,他们倾向认为在实验中所发现的高比例外来基因比较可能是因为实验样本受到污染,而不是真正具参考价值的研究结果。而 Hashimoto 研究团队所发现的新研究成果可能能够佐证这一派的说法,让争议落幕。

科学家以另一种缓步动物门物种 R. varieoranatus 进行比先前精确度高 100 倍的基因定序研究,结果显示 R. varieoranatus 基因组中只有 1.2% 的基因来自其他物种,比先前在 R. hypsibius 发现的要少很多,但是一般认为 R. varieoranatus 才是缓步动物门中适应恶劣环境能力最好的物种。依据这项结果,Hashimoto 认为基因在物种间的平行传递可能并不是造成他们超强适应力的主要原因,而真正的带给水熊虫超强适应能力的原因则还需要更多研究结果才能解开谜底。

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