2015年,一支科学家团队从西伯利亚北部、靠近北冰洋的永久冻土层中提取了一段冰封的沉积物岩芯。在实验室解冻后,土壤中的微小生物——一种称为轮虫的缓步动物——重新焕发生机,开始了它们可能被描述为长达24000年的“沉睡”,根据发表在《当代生物学》杂志上的最新研究。
“这就像一个睡美人故事,”合著者、捷克俄斯特拉发大学的生物学家Nataliia Iakovenko说道。不同的是,这些轮虫并不是沉睡了一百年,而是最近一次活动在更新世晚期。而且,它们不是被诅咒的公主,而是一些极其顽强的蠕虫状无脊椎动物,大小约为零点三分之一毫米,它们没有雄性,通过克隆自身繁殖。
“重要信息是,帮助它们生存的这些分子机制具有非常长的保质期,”Iakovenko说。
研究人员在采集永久冻土样本时,采用了钻探和修整技术,以帮助减少与现代微生物意外混合的风险。为了确定轮虫的年龄,科学家们取了岩芯的相邻材料,送往亚利桑那州的一个实验室进行放射性碳定年,结果显示其年龄在23960年至24480年之间。与此同时,轮虫本身以及其他土壤生物在解冻到温暖的64华氏度(约18摄氏度)后,在实验室中苏醒过来。作为对比,当研究人员将它们从永久冻土中取出时,冰封沉积物的温度是21华氏度(约零下6摄氏度),而永久冻土的平均温度约为14华氏度(约零下10摄氏度)。
研究的合著者、俄罗斯土壤科学理化和生物学问题研究所的研究员Stas Malavin说,这些生物能够在这种极端情况下生存,是因为它们已经适应了频繁或不规律的干燥或冷冻。“根据以往对轮虫的研究,我们知道它们是非常坚韧的动物,能够抵抗许多不同的有害条件。”Malavin说,当像这样被冰冻时,轮虫的状态可以与临床死亡相比较——但它是可以逆转的。
英国南极调查局的陆地生态学家Peter Convey在给《流行科学》的电子邮件中写道,这项研究是“为数不多的几项研究之一,证明了真核生物——一种细胞具有细胞核的生物——可以存活数千年。”之前的研究表明,线虫的存活时间可能更长,超过40000年,而例如苔藓的几项研究也发现了虽然短得多,但也能长时间存活。Convey说,轮虫、缓步动物(或称“水熊”)和线虫因其隐生性(cryptobiosis)而闻名,这意味着它们在暴露于零度以下温度或干燥等严重压力时,可以处于“暂停”状态。
“我猜想,任何此类研究中最大的挑战之一就是污染,”Convey写道,他没有参与这项研究。换句话说,“你如何能完全确定多年来没有任何东西渗入[土壤],或者如何确定在这段时间内没有发生任何扰乱永久冻土连续性的事件。”
Malavin说,这些新发现将有助于研究人员弄清楚哪些特定的机制能让生物在这种致命的条件下自我保存。Malavin说,进一步的研究最终可能有助于科学家了解如何更好地保存人类或濒危物种的精子,或者移植的人类器官(如心脏),后者目前只能保存很短的时间。
虽然这些轮虫可能在技术上存活了24000年,但它们的正常寿命却很短暂。“你能想象,”Iakovenko沉思道,“它们能冷冻存活24000年,然后却只活一个月就死了吗?”