你需要了解的水熊虫炮

缓步动物的生存能力是一个令人惊讶的有用的研究领域。
An image of a tardigrade.
Diane Nelson/NPS

它们被称为“坚韧的缓步动物”并非没有原因。在过去的几十年里,科学家们一直在研究缓步动物,这是一种非常 remarkable 的微小微生物,它们似乎能够承受各种灾难性的威胁。这些小生物能够经受住从极端温度到真空再到高辐射的一切。这些水熊通常生活在淡水中,体长只有大约 100 到 1000 微米——一微米是千分之一毫米——这使得它们异常微小。

那么,什么能阻止这些坚固的小生物呢?根据发表在《天体生物学》(Astrobiology) 杂志上的一项新研究,原来是它们被一门双级轻气炮射向填充在尼龙子弹中的沙靶。

但以高速射击微小生物是有原因的:了解地外生命的极限。

像 Alejandra Traspas(伦敦玛丽女王大学的博士生,领导了这项实验)和她的导师 Mark Burchell(英国肯特大学空间科学教授)这样的研究人员,必须系统地解决任何生物体为了生存而必须克服的障碍。在假设的岩石(例如陨石)撞击行星或卫星的情况下,生物体需要能够在真空环境中生存,暴露在辐射下,并被冷冻。听起来熟悉吗?

虽然已有研究证明缓步动物能够承受这些条件,但下一步是看看它们如何应对冲击力。

“如果它们在岩石上,然后撞到新月,它们能承受那种冲击吗?如果冲击波穿过,会杀死它们吗?这就是我们在测试的,”Burchell 说。“并不是说那里有一个真正的缓步动物群落。它们被用作模式生物。如果它们能做到,它们是我们所知最坚韧的生物,对吧?也许其他生物也能做到,但如果它们做不到,而它们是我们所知最坚韧的,那么也许其他生物也做不到。”

[相关:撞击月球的缓步动物可能仍然活着,但它们过得并不好]

为了测试这一点,他们将缓步动物置于“休眠”状态——这是缓步动物的冬眠版本——通过冷冻它们 48 小时。在这种状态下,它们排出大部分水分,这使得它们能够冷冻,然后复苏,它们的代谢活动几乎完全停止。这是它们的生存状态。

Traspas 然后将缓步动物装入枪中,向主要由二氧化硅制成的靶子发射,以模拟月球或火星的沙质表面。发生这种情况的腔室也是真空的,以进一步模拟太空的条件。缓步动物最初以每秒 500 米(每小时 1,118 英里)的速度发射,然后逐渐提高到每秒一公里(每小时 2237 英里)。

“通常情况下,如果它们幸存下来,它们需要 16 到 72 小时才能在不同的速度后恢复,”Traspas 说。“如果它们没有幸存下来,当然,它们就死了。”

研究人员发现,在每秒 500、600 和 700 米的速度下,缓步动物的存活率是 100%。在找到并回收缓步动物后,Traspas 报告说它们一切正常,正常移动和进食。然后在每秒 825 米的速度下,存活率下降到 65%,因为三只缓步动物中有两只未能复苏。

“然后在每秒 900 米的速度下,我们得到了碎片。所以没有幸存者,”Traspas 说。“所以在这个 700 到 900 米的范围内,它从 100% 的存活率降到了零。”

尽管这超出了本研究的范围,Traspas 认为有空间去探索导致这种情况的缓步动物内部发生了什么变化。她发现,在经历这种程度的冲击后,缓步动物能够移动和进食,但不能繁殖。她希望在夏天进行基因分析,以了解是内部损伤还是进化的保护机制。

取得这些结果意味着要通过显微镜盯着缓步动物数小时。“冲击后的最初几个小时,你几乎什么也看不到,因为它们处于休眠状态。它们变得非常非常小,”Traspas 说。“然后随着时间的推移,你就能开始看到它们了。这就像一只蝴蝶从它们的小[茧]里出来。”这些坚韧的小水熊会慢慢恢复到原来的大小,然后开始活动,表明它们又一次经受住了严峻的考验。

那么,这一切意味着什么?研究人员认为,这些发现暗示了地球上的生命是如何开始的。或者,它可能表明在其他地方存在类似的复杂生物,例如木卫二和土卫二的卫星,因为它们冰冷的表面表明下面可能存在液态水。

这项研究也为生命起源于外太空并借由小行星撞击行星或月球后产生的陨石在各个世界之间传播的“泛种论”提供了动力。

“正如 NASA 过去所说:跟着水走。如果你能找到液态水,你就能找到生命,这就是希望,”Burchell 说。液态水预示着生命,这就是为什么冰冷的卫星在寻找地外生命方面引起了特别的兴趣。

木卫二和土卫二受到潮汐力的影响,导致水从卫星的冰冷表面喷射出来。如果水可以在地球上支持生命,那么我们可能就有谨慎的理由相信,在这些羽流中也能找到生命。缓步动物只是帮助我们理解生命如何在最不可能的情况下生存的拼图中的另一块。

更正:本报道的早期版本将 Alejandra Traspas 的名字在首次提及后写成了 Trapas。

 

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Nikita Amir

特约撰稿人,科学

Nikita Amir 是 Popular Science 科学版块的新闻撰稿人。她于 2021 年春季作为学生首次在该杂志实习,并不可避免地发现了自己回到这里,报道与气候或能源相关的研究。


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