水熊：死而復生

劉汝

1933年，美國紐約市一間無證酒吧的老板及其3名狐朋狗友開始實施一個毫無新意的騙錢計劃：殺死該酒吧最有名的醉鬼邁克·馬羅伊，把他偽裝成意外身亡，由此獲取他的人壽保險金2000美元。首先，他們給馬羅伊灌了大量白酒。發(fā)現這沒用，他們又給他灌了大量酒精度很高的酒，但這也沒用。然后，他們把夾著腐臭沙丁魚、玻璃渣和金屬碎屑的三明治喂給馬羅伊吃，據說后者很喜歡這樣的“美味”。接著，他們把馬羅伊扔到雪地上，并向他潑冷水。可這嚇不倒馬羅伊。他們又用一輛汽車撞他，但只撞斷了他的一只手臂。最后，他們通過口腔、喉管向他體內插入一根管子，灌注了大量一氧化碳。馬羅伊終于“意外”身亡，這幫惡棍暫時如愿以償，但最終落入法網。

之所以講這個小故事，是因為本文的“主角”比媒體所稱的“不死的馬羅伊”還要堅挺得多。

如果人不加保護地進入太空，人肯定會死。由于太空幾乎是真空，因此太空中幾乎不存在壓力，這會迫使你肺部的空氣沖出。溶解在你體液中的氣體會膨脹，這會讓你的皮膚像氣球一樣鼓脹，最終爆裂。你的耳膜和毛細血管將會裂開，血液開始冒泡沸騰。就算你能活下來，太空中的離子化輻射也會撕裂你細胞里的DNA，你會在15秒的時間里失去意識。

但是有一群動物卻可能經得起如此這般的嚴峻考驗：它們就是體長大約1毫米的緩步類動物。2007年，上萬只緩步類動物被放在人造衛(wèi)星上發(fā)射進太空，并且被暴露于太空環(huán)境中。在這顆人造衛(wèi)星返回地球后，科學家檢驗了這些動物，發(fā)現它們當中有許多都活下來了，其中一些雌性甚至在太空中產卵，新孵化的動物都很健康。

緩步類動物能存活其中的嚴苛環(huán)境可不僅僅只是太空，在地球上最嚴酷的環(huán)境中它們照樣活得很好。在喜馬拉雅山脈一座海拔5546米的山頂上，在日本溫泉中，在海洋底部，以及在南極洲，都發(fā)現了緩步類動物。不管是面對超高劑量的輻射，還是被加熱到150℃，或者是被凍至接近絕對零度（物理學術語，約為-273.15℃），都奈何不了緩步類動物。那么，這些看似毫不起眼的微小動物為何得以存活于各種極端環(huán)境？它們又為何會演化出這樣的超能力？實際上，它們在超能力方面的“秘笈”豈止一種，而大多數生物在這方面都自愧不如。

一眼看上去，緩步類動物長得有些嚇人。它們的圓胖面孔上有肉褶，這樣丑惡的樣子也許會讓一些人想起魔鬼。它們有8條腿，腿腳上有兇猛的爪子，在顯微鏡下頗像是熊爪。它們的嘴巴也是一種很有用的武器，嘴里的匕首狀牙齒能刺穿獵物。

當然，你根本無需懼怕緩步類動物。畢竟它們是最小的動物之一。它們的體長很少超過1.5毫米，只有透過顯微鏡你才能看見它們。它們的通俗名字是“水熊”。目前已知的水熊種類大約為1000個。大多數水熊吸食苔蘚、地衣和藻類的汁水，其他水熊則是食肉動物，甚至會捕食別的水熊。

水熊是很古老的物種。根據對化石的鑒定結果，在5億年前的寒武紀就有水熊，當時首批復雜動物開始演化。自從水熊被科學家發(fā)現以來，他們一直很清楚的一點是：水熊是非常特別的動物。1773年，德國牧師約翰·奧古斯特·以法蓮·戈澤在全球最先發(fā)現水熊。3年后，意大利牧師兼科學家拉薩羅·斯帕蘭扎尼發(fā)現水熊有超能力。他向取自雨水槽的沉積物樣本加水，并且在顯微鏡下觀察樣本，發(fā)現上千只外形像熊的小動物在水中游弋。他在自己的一本專著中把這種動物命名為“漫步者”，原因是它們的游動速度相當緩慢。

事實上，這樣的觀測結果并非是首次獲得。早在1702年，荷蘭科學家安頓·范·列文虎克致信英國皇家學會，信的標題是《論屋頂排水槽沉積物中的一些微生物》。據列文虎克在文中的描述，他向這些看起來了無生命的沉積物中加水。利用他自行研發(fā)的顯微鏡，他發(fā)現1小時之內小“動物”就變得活躍起來，開始游弋和到處爬。這些動物其實是輪蟲，它們是看上去腦袋上有輪子的水生動物。哪怕缺水幾個月，它們也死不了。但與沒水卻照樣能活幾十年的水熊相比，輪蟲就是小巫見大巫了。

意大利動物學家蒂娜·弗朗切斯奇1948年聲稱，在博物館收藏、歷史超過120年的苔蘚樣本中發(fā)現了能復蘇的水熊。在為一只水熊澆水后，她觀察到它的一條前腿動起來了。這一發(fā)現從未被復制過，但并不意味著它就不可能。1995年，科學家讓多只脫水8年、看來已死翹翹的水熊成功復蘇。

對大多數動物來說，沒有水的生活是完全不可能的。當一個典型的細胞脫水后，細胞膜會破裂和發(fā)生“滲漏”，細胞里的蛋白質會展開和聚集，從而變得無用。隨著細胞脫水時間越來越長，DNA也會碎裂。然而，水熊卻能避免這樣的后果。既然水熊不怕脫水，它們就必定有一些訣竅來阻止或修復脫水所造成的細胞損傷（對人來說，這樣的損傷會造成細胞死亡）。它們是怎樣做到這一點的呢？1922年，德國科學家H·鮑曼在這方面取得了一個重要發(fā)現。他注意到，當一只水熊脫水時，它會把自己的腦袋和8條腿都縮回去，接著，它進入一種很像死亡的深度假死狀態(tài)。在失去體內的幾乎所有水分后，水熊會把自己卷成一個干殼。鮑曼把它稱為“吞佛”，但現在它普遍被稱為“吞”?！巴獭钡拇x速度降為正常狀態(tài)下的0.01%，它能保持這種狀態(tài)長達幾十年。只要與水接觸，“吞”就會復蘇成正常的水熊。

除了水熊之外，一些線蟲、酵母和細菌也能戰(zhàn)勝脫水。它們做到這一點，是通過大量制造一種糖——海藻糖。這種糖在它們的細胞內形成一種類似于玻璃的狀態(tài)。這一狀態(tài)能穩(wěn)定蛋白質和細胞膜等重要組件，使它們不會被摧毀。海藻糖還會包裹所有剩余的水分子，阻止它們在溫度提高的情況下迅速膨脹。迅速膨脹的水分子具有危險性，因為它們會造成細胞破裂，而這是致命的。

你可能會以為，水熊也采用這種策略來挺過脫水，但你只猜對了一部分——有些種類的水熊的確是這么干的。然而，還有一些水熊看來并不產生海藻糖，或者說產生的海藻糖水平低得無法被探測到。這暗示這些水熊或許另有獨特的策略來對抗脫水?？茖W家已經知道，隨著水熊開始脫水，它們制造能讓它們挺過哪怕是徹底失水的蛋白質。但這些蛋白質究竟是怎樣的保護劑，則依然是未解之謎。當水熊開始變干時，它們看來會制造大量抗氧化劑。這些諸如維生素C和維生素E之類的化學物質能吸收危險的活性化合物，這樣一來，可能就清除了水熊細胞里的有害化合物。

水熊面臨來自“氧自由基”的一種特殊威脅。面對環(huán)境壓力，動物體內會生成大量氧自由基。這些物質是正常細胞功能的副產物，但它們可能分解細胞的主要構件，包括DNA?？寡趸锘蛟S能解釋水熊最獨特的能力之一：如果長時間待在脫水的“吞”狀態(tài)下，水熊的DNA就會受損;但一旦蘇醒，水熊則能迅速修復這一損傷?？茖W家很清楚的是，“吞”狀態(tài)是水熊應對脫水的能力的關鍵所在。不過，在鮑曼發(fā)現“吞”狀態(tài)之前很早，水熊的其他超能力就已被揭示。

首先，水熊看來根本不在乎溫度高低。法國科學家多耶爾1842年證明：處于“吞”狀態(tài)的水熊，在被加熱到125℃的情況下依然能活好幾分鐘。20世紀20年代，一個名叫吉爾伯特·弗蘭茲·拉姆的德國修士讓在151℃條件下被加熱15分鐘的水熊復蘇了。拉姆還把水熊泡在-200℃的液態(tài)空氣里長達21個月，泡在-253℃的液氮中達26小時，泡在-272℃的液氦中達8小時。之后，一旦水熊恢復與水接觸，它們立即復蘇。

科學家現已查明，一些水熊能忍耐只比絕對零度高一點點的-272.8℃。需要指出的是，地球上記錄到的最低溫是-89.2℃，它出現在1983年的南極洲。而水熊能應付的最低溫比這還要低得多，這樣的超低溫只有在實驗室里才能創(chuàng)制。在如此低溫下，就連原子鐘也幾乎停擺。

水熊面對寒冷的最大威脅是冰。如果水熊細胞內形成冰晶，它們就可能劃破像DNA這樣的重要分子。包括某些魚在內的一些動物，使用抗凍蛋白來降低自身細胞的結冰點，從而確保不形成冰。但水熊體內并未發(fā)現這些蛋白質。反而，看來水熊實際上能忍受在自己的細胞內形成冰。它們要么能保護自己免遭冰晶損傷，要么能修復這類損傷。水熊也許能產生被稱為成核劑的化學物質。成核劑促使冰晶在水熊細胞外而非細胞內形成，從而保護重要分子。能制造海藻糖的水熊很可能借助海藻糖來保護自己，因為海藻糖能阻止大冰晶形成，而大冰晶會穿破細胞膜。

不過，雖然科學家對于水熊怎樣應對寒冷已有初步答案，卻對它們怎樣對付高熱一無所知。在像150℃這樣的高溫下，蛋白質和細胞膜都應該會散開，而維持生命的化學反應也停止發(fā)生。已知最耐熱的生物是細菌，它們存活于深海熱液噴口邊緣附近，在122℃的條件下仍能生長。如果拉姆對自己實驗結果的描述無誤，水熊就有可能在更高的溫度下存活。

許多演化得能在高溫地（例如溫泉及灼熱沙漠）棲息的動物，都能產生被稱為熱震蛋白的化學物質。熱震蛋白在細胞內充當蛋白質的保護神，幫助蛋白質保持成型。熱震蛋白還能修復被熱量損傷的蛋白質。盡管如此，卻無確鑿證據表明水熊能產生熱震蛋白?？紤]到水熊能忍受的其他惡劣條件，水熊超能力之謎越發(fā)難解。

1964年，科學家用致命劑量的X射線照射水熊，結果它們活下來了。后來的實驗證明，水熊還能應對過高劑量的α、γ和紫外輻射，甚至就算它們不在“吞”狀態(tài)時也一樣。當水熊2007年被發(fā)射到太空時，輻射是它們面對的最大威脅之一。雖然暴露在高劑量輻射中的水熊比受到輻射防護的水熊表現差，但前者的死亡率并不是100%。

根據1998年的一項科學研究，哪怕能把大多數動物壓扁的極度高壓也奈何不了水熊?？茖W家發(fā)現，處于“吞”狀態(tài)的水熊能挺住600兆帕的壓力。自然界不存在這么大的壓力。地球海洋最深處是位于太平洋馬里亞納海溝的挑戰(zhàn)者海淵，那里深達1萬米以上，但那里的水壓也才只有100兆帕左右。也就是說，水熊能忍耐的超高壓是那里的6倍。在如此高壓下，蛋白質和DNA都會被撕裂。主要由脂肪組成的細胞膜，會變得就像在冰箱里堅硬的黃油。大多數微生物在30兆帕壓強下就會停止代謝。300兆帕壓強以上，就連細菌也活不了。

一些水熊能忍耐只比絕對零度高一點點的-272.8℃

水熊能幸存的壓力因子種類之多，幾乎讓人目眩。但其中的解釋可能驚人地簡單。極熱、極冷、輻射和高壓都有一個共同點：它們會損傷DNA及水熊細胞的其他重要組件。熱和冷都會造成蛋白質展開、粘到一起和停止運作。輻射會撕裂DNA及其他重要分子。高壓會讓細胞膜變硬。所以，如果一切壓力因子造成類似的問題，那么水熊或許只需為數不多的策略就能搞定它們。真的如此嗎？目前仍無肯定的答案。

科學家相信，為了應對一些極端狀況，水熊可能需要運用不止一種策略。例如，被烤干和被輻射都會損害水熊的DNA。因此，水熊以一種類似方式——制造抗氧化劑和修復受損DNA——應對這兩種狀況是說得過去的。如果的確如此，水熊對輻射的抵御就是一種愉快的偶然：是它們適應突發(fā)干旱的一種附帶結果。與此相似，冰凍水熊與讓它脫水也會引起相同問題：水熊細胞里缺乏足夠水分。夠奇怪的是，水熊最著名的策略——“吞”狀態(tài)也是最不通用的策略。即便不形成“吞”，水熊依然能挺住冰凍、輻射和缺氧條件。如此看來，“吞”狀態(tài)也許是一種特定的適應，是為了應對（或者說減緩）失水。然而，“吞”狀態(tài)也使得水熊能挺住極端壓力。

水熊已經在地球上生活了5億年，它們遍及全球。

水熊只使用一兩種存活策略這種思路，也可能有助于解釋有關水熊的另一個大問題：它們?yōu)槭裁匆@么麻煩呢？與生活在溫泉和其他極端狀況下的細菌不同，大多數水熊的棲息地相對平凡無奇。水熊一般生活在水里或靠近水源的地方，水熊的食物一般都不過是一小塊苔蘚和地衣，況且水熊的生活也乏善可陳：盡管與水熊大小相仿的大多數動物都忙碌過活，水熊卻始終慢吞吞的。

然而，雖然水熊的生活方式很沉悶，它們卻演化得能對付在地球上不存在的極端環(huán)境。需要指出，只有一部分水熊才具有這樣的才能。水熊的最原始、最古老族群——趾緩步亞目并不能挺住極端條件，也不能暫停代謝。正是它們的脆弱，為揭示其他水熊為何會如此堅韌提供了一個線索。趾緩步亞目只生活在海洋中。只有陸生和淡水水熊才擁有極端求生技巧。這暗示離開海洋是關鍵。海洋水熊不擅長極端生存原因之一，是它們根本就不需要這樣做。海洋很大，海洋水熊既不會經歷水溫或鹽度的迅速變化，也不會一夜之間脫水。與此不同，陸地環(huán)境危險而多變。水熊需要身體周圍有薄層的水來呼吸、進食、交配和移動。而在陸地上的許多地方，干旱都是一個風險。因此，生活在這些地方的水熊就必須能應對環(huán)境突變。于是，陸生水熊演化出應對突然脫水的策略就說得過去——這關乎生死。此外，一旦有了這樣的策略，陸生水熊就能開發(fā)新的棲息地。今天，哪怕是在其他動物都無法生存的地球上一些最干旱之地，也發(fā)現了水熊。

但這種思路又引出另一個問題。如果說能挺住極度缺水對于陸生動物來說如此有用，那么為什么不是所有動物都這么做呢？為什么青蛙、蚯蚓和人類不演化出同樣的能力呢？與此相似，為什么其他動物忍受不了水熊所能忍受的那般高熱、酷寒和輻射？或許問題并不是為什么水熊會如此堅強，而是其他動物為什么會如此脆弱?？茖W家指出，更多的動植物之所以沒有演化出像水熊那樣的超能力，可能有多方面的原因。許多動物無需具備這樣的超能力。它們要么并不生活在可能立即失水的環(huán)境中，要么演化出了避免失水的方式，比如駱駝。

但除此之外，水熊肯定也為自己的超能力付出了其他動物無需付出的高昂代價。尤其是，進入“吞”狀態(tài)是一個風險很大的決策。當水熊完全失水，它就變得不活動，也就無法主動避開環(huán)境中的多重危機。一只不動的水熊或許不會死于口渴，但卻可能會被吃掉。科學家發(fā)現，許多能忍耐脫水的生物體不得不制造多種分子，目的是防止處于不活動狀態(tài)的自己被細菌和真菌吞噬。所以，變得像水熊那樣堅韌對其他動物來說可能得不償失。不過，對水熊來說，堅韌的好處很大：水熊已經在地球上生活了5億年，它們遍及全球。

水熊趣味多多

隱身現象 水熊的堅韌生存策略——讓自身代謝過程幾乎停滯，被科學家稱為“隱身現象”或“潛生現象”。在這種狀態(tài)下，水熊可失水至正常情況下的3%，水熊因此變成了此前自身的外殼（或者說一張皮）而已。

最堅韌動物 科學家認為，水熊可能是自然界中已知最堅韌的動物。人們一般都相信蟑螂的生存本領最強，但科學家指出，與水熊相比，蟑螂的不怕死根本算不了什么。

有頭腦 別看水熊這么袖珍，它卻有腦，盡管是相對簡單的腦。更令人稱奇的是，哪怕水熊被強凍到體內原子幾乎停擺的地步，但只要等到復蘇機會降臨，水熊的腦依然毫發(fā)無損。

不怕真空 在一次實驗中，水熊暴露在太空真空中長達10天，卻依然存活。與之相比，人在太空真空中最多只能活幾分鐘。1965年，美國宇航局一名宇航員的加壓宇航服在一個真空艙中意外減壓，導致他在15秒后失去意識。他蘇醒后說，當時他感覺自己舌頭上的口水在沸騰，好像跳跳糖在亂蹦亂跳。有趣的是，實驗表明地衣和生菜也能抵御太空環(huán)境的侵害，莫非是水熊所吃的地衣賦予了水熊超能力？

有麻煩 陸生水熊偏愛遍布全球的塵土。既然以塵土為家，就總是免不了脫水的危險。例如，當太陽曬干塵土表面，一種選擇是鉆進土里。但如果鉆得太深，就可能找不到吃的。因此，水熊只能生活在這樣一種“邊緣地帶”：在這里既能夠獲得食物，但又總是避不開脫水的風險。

難養(yǎng)殖卻作用大 頗具諷刺意義的是，雖然水熊生命力很強，但在實驗室中它們卻很難存活。不過，有人已經掌握了水熊養(yǎng)殖技術，并且向科研和教育機構提供水熊樣本。一些科學家正在探索把水熊作為科學的另一種“果蠅”的可能性。作為一種無處不在的實驗對象，果蠅幫助科學家取得了許許多多的重大發(fā)現。水熊的微型個頭意味著可以把它們大量運進實驗室，再加上它們的繁殖速度很快，基因組又相對完整而易于研究，這樣一來，水熊就有可能大大推進科學探索。更何況，水熊比果蠅“乖”得多，而且它們不會像果蠅那樣可能掉進水杯里，或者叮咬你的食物。此外，科學家還在研究水熊怎樣在室溫下挺住干燥，目的是把水熊的“魔法”用于疫苗。疫苗的冷凍運輸和保存過程要耗費高昂的成本，而一旦水熊教會我們怎樣在室溫下保存疫苗，運輸和保存成本就會大大降低。還有科學家希望，水熊的冷凍復蘇能力能啟發(fā)和推進人體冷凍學。所謂人體冷凍學，是指在絕癥患者剛離世時，用液氮長時間冷凍保存他們的遺體，若干年后，等醫(yī)學能治愈絕癥時，讓遺體復活。

小而全 一些種類的水熊在生長過程中保持相同數量的細胞。水熊有超過1000個細胞。水熊身體幾乎透明。雖然水熊很小，但如果光線適合，你實際上僅憑裸眼就能看見它們?？茖W家發(fā)現，小小水熊的身體結構與較大動物的類似，包括完整的消化道和消化系統(tǒng)。水熊的“嘴巴”——口針以及有吸食能力的咽部通向食道、胃、腸道和肛門。水熊有發(fā)達的肌肉，但只有一條性腺。在一對腹部神經系統(tǒng)的上方，是水熊的腦。水熊的體腔是一個開放的血腔，它與水熊的每個細胞相連，讓水熊實現有效的營養(yǎng)和氣體交換，而無需循環(huán)或呼吸系統(tǒng)。

獨特進化枝 地球上的生物被劃分成兩大類：原核生物和真核生物。真核生物又分為真核原生生物界、植物界、真菌界和動物界。緩步動物門是36個動物門之一，這使得水熊成為進化樹上的一個重要而獨特的進化枝。

蛻皮 水熊被包裹在一個由角質層（表皮）構成的殼中。水熊在生長過程中會蛻皮。因此，水熊被列入蛻皮動物總門，介于線蟲和節(jié)肢動物（也會蛻皮）之間。

兩個綱 水熊分真緩步綱和異緩步綱。真緩步綱水熊的角質層是裸露或光滑的，沒有鱗甲，而異緩步綱水熊的角質層上都有鱗甲。

無處不在 從北極到赤道，從潮間帶到深海，甚至在森林冠層頂部，都發(fā)現了水熊。那么，水熊是怎樣“飛”到樹冠上的呢？最大的可能是風把它們帶到了那里。處于“吞”狀態(tài)的水熊與塵埃顆粒難以區(qū)分，但就像孢子、花粉和種子一樣，“吞”對自己的降落地點也有偏好。許多微觀環(huán)境對新近到達的水熊來說是不適合生存的，但不幸降臨這里的“吞”只需靜候降雨量變化或季節(jié)轉換。一旦條件改善，水熊就重新變得生龍活虎。

單性生殖 陸生水熊之所以會成為成功的旅行者，原因之一是依賴苔蘚、地衣和落葉生活的許多水熊都單性生殖，即無需交配就能產卵。一些水熊為雌雄同體，能自我受精。不管是一只活躍的水熊還是一個“吞”或一個水熊卵，一旦被疾風推送到某個地方，只要條件合適，它都可能建立起一個大大的種群。

差點變成“外星人” 俄羅斯的一艘飛船曾打算把水熊送往火星衛(wèi)星福波斯（火衛(wèi)一），但飛船發(fā)射失敗。甚至有人提出，水熊原本就有可能起源于外星，然后由彗星等天體帶到地球。但一些科學家并不認同這一異想天開的猜測，因為就算水熊真的起源于外星，它們搭載流星來到地球時，在穿越地球大氣層的過程中也很難活下來。實驗證明，由于流星與地球大氣層摩擦所產生的高溫高壓，位于流星上層（哪怕位于流星表面下2米深度）的一切生物都不可能活下來。但是，如果來自外星的水熊當時隱藏在流星內部很深的縫隙中，又會怎樣呢？這個問題依然沒有答案。

怎樣找到和飼養(yǎng)水熊？

1.找到一個有苔蘚的地方：森林、池塘邊，甚至你家后院。

2.確保找到的苔蘚或地衣是濕的，這樣找到水熊的機會更大。

3.用鑷子提取一塊苔蘚或地衣樣本，把它放進培養(yǎng)皿中。

4.培養(yǎng)皿中需要有1厘米深的蒸餾水或雨水。

5.把苔蘚中的水擠進培養(yǎng)皿。

6.用顯微鏡觀察培養(yǎng)皿中的水。如果水中有水熊，培養(yǎng)皿就可以充當它的家。如果水中沒有水熊，就換水再嘗試不同的苔蘚樣本，直到發(fā)現水熊為止。

7.水熊吃苔蘚。每月請往培養(yǎng)皿中加入一次苔蘚。

8.水熊也會吃同樣生活在苔蘚中的小小線蟲。因此，盡量找到新鮮、濕潤的苔蘚給水熊，因為這樣的苔蘚最可能包含線蟲。

9.一旦培養(yǎng)皿變干，立即補水（蒸餾水或雨水）。

10.享受飼養(yǎng)水熊的樂趣吧！