0.1毫米的“熊”，有望幫人類實(shí)現(xiàn)太空旅行

作者：段躍初 黃湘紅

電子顯微鏡所見的緩步動(dòng)物，直徑小于0.1 mm。 史蒂夫·格施邁斯納/科學(xué)圖片庫(kù)

2024 年 5 月，在知名刊物《科學(xué)美國(guó)人》上，一篇由梅根·巴特爾斯撰寫的關(guān)于緩步動(dòng)物的研究報(bào)道引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。

緩步動(dòng)物，這些直徑小于 0.1 毫米的微小生靈，有著可愛的俗稱——水熊和苔蘚小豬。它們以迷人的胖胖外表、獨(dú)特的俗稱以及在極端條件下驚人的適應(yīng)能力而聞名于世。馬歇爾大學(xué)的化學(xué)家德里克·科林（Derrick Kolling）指出：“它們是保護(hù)自己的大師?！?/p>

科林和他的同事們，包括北卡羅來(lái)納州大學(xué)教堂山分校的化學(xué)家萊斯利·?？怂梗↙eslie Hicks）等人，開啟了一項(xiàng)意義非凡的研究，旨在揭示緩步動(dòng)物堅(jiān)不可摧的關(guān)鍵機(jī)制。

這項(xiàng)研究始于科林的一次偶然嘗試。他將一臺(tái)探測(cè)“自由基”的儀器放進(jìn)用于檢測(cè)的機(jī)器中。在動(dòng)物的正常代謝過程以及面臨環(huán)境壓力時(shí)，如煙等污染物的影響下，細(xì)胞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生自由基，他推測(cè)遲緩劑也可能會(huì)產(chǎn)生此類分子。

當(dāng)自由基累積時(shí)，會(huì)從周圍吸取電子以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，這一過程被稱為氧化，可能破壞體內(nèi)的細(xì)胞和化合物。然而，?？怂沟难芯勘砻鳎倭康淖杂苫材軌虺洚?dāng)信號(hào)分子，其與各種蛋白質(zhì)的接觸或脫離會(huì)影響細(xì)胞的行為。

當(dāng)科林向?？怂狗窒碓诰彶絼?dòng)物中觀察到自由基的情況后，他們共同設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)。讓水熊暫時(shí)暴露在應(yīng)激誘導(dǎo)、自由基產(chǎn)生的條件下，如高水平的鹽、糖和雙氧水。在這些壓力之下，水熊蟲會(huì)蜷縮成一種暫時(shí)的保護(hù)性休眠狀態(tài)，稱為“tun”。研究人員對(duì)水熊蟲蜷縮的條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)自由基似乎確實(shí)誘發(fā)了這種“tun”狀態(tài)，但其具體機(jī)制尚不明晰。

?？怂够趯?duì)自由基和氨基酸半胱氨酸之間信號(hào)相互作用的研究，決定測(cè)試半胱氨酸分子是否在“tun”的形成中發(fā)揮作用。于是，她和同事引入已知能阻斷半胱氨酸氧化的不同種類分子作為催化劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在應(yīng)激條件下，由于半胱氨酸無(wú)法被自由基氧化，催化劑無(wú)法形成指向半胱氨酸氧化的調(diào)節(jié)劑，這表明半胱氨酸氧化是形成“tun”狀態(tài)的必要機(jī)制。

日本慶應(yīng)義塾大學(xué)的生物學(xué)家荒川和治（Kazuharu Arakawa）指出，這項(xiàng)新研究與先前關(guān)于氧化作用在一種以耐完全干燥而聞名的蜜蜂中的作用的研究相一致。這些相似之處暗示，這種機(jī)制可能是一種共同的觸發(fā)因素，導(dǎo)致“tun”和其他形式的耐寒休眠，即科學(xué)家所稱的隱生癥現(xiàn)象。

盡管取得了這些重要發(fā)現(xiàn)，但關(guān)于水熊仍存在諸多未解之謎。丹麥羅斯基勒大學(xué)的比較動(dòng)物生理學(xué)家漢斯·拉姆（Hans Ram）指出，當(dāng)水熊進(jìn)入“tun”狀態(tài)時(shí)，它們會(huì)暫時(shí)關(guān)閉代謝，這一現(xiàn)象甚至連半胱氨酸氧化都無(wú)法完全解釋。“到目前為止，還沒有一項(xiàng)研究能夠解釋這一現(xiàn)象，”他說，“在我看來(lái)，我們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能理解這一點(diǎn)?！?/p>

科林和?？怂咕J(rèn)同，對(duì)于了解自由基在緩步動(dòng)物中的作用機(jī)制，還有大量的研究工作亟待開展。彈性“tun”狀態(tài)并非水熊在環(huán)境壓力下生存的唯一策略，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃深入研究其他策略。他們還打算對(duì)不同種類的水熊蟲進(jìn)行研究（目前僅研究了典型玉螺），期望發(fā)現(xiàn)半胱氨酸氧化在更多動(dòng)物中被廣泛應(yīng)用。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，希克斯希望這項(xiàng)研究能夠?yàn)樗ダ虾吞章眯械难芯刻峁┯袃r(jià)值的信息。畢竟，這兩個(gè)領(lǐng)域都涉及到對(duì) DNA 和蛋白質(zhì)等關(guān)鍵細(xì)胞機(jī)制的自由基損傷。