水熊虫耐受极端环境的原理是什么?

水熊虫,从名字上看,会被人误以为是种昆虫,但其实水熊虫比最小的昆虫-名为Alaptus magnonimus Annandale的卵蜂(体长仅为0.21毫米)还要小,最小的水熊虫只有几十微米长(1毫米等于1000微米),而且它只是从外观上看像虫子,但其实水熊虫学名水熊,是缓步动物门下所有生物的统称。水熊之所以为人熟知,是因为它有一个强大的能力,那就是在极端环境下可以进入“假死”状态,等到环境恢复后,再次“复活”,同时水熊也是第一种可以裸露在太空中生存的地球生物。那么,水熊这种强大的能力究竟是一种什么能力呢?我们一起来聊一下这个问题。

其实早在18世纪70年代末,科学家就已经发现了水熊的“超能力”了,因为水熊的生存离不开水,但是科学家通过观察和研究发现,水熊离开水之后会缩起来,过几天再把它放入水中,它很快就会舒展开身体,再次活跃。这个发现激发了许多科学家对水熊的浓厚兴趣,随着对水熊研究的深入,科学家发现,水熊不止是在缺水的环境下,在缺氧、低温、渗透压改变的情况下依然能够进入这样的状态。科学家们称这种状态为“隐生”,而且将水熊的隐生分为了四种:低温隐生、低湿隐生、低氧隐生以及变渗隐生。

从外观上看,水熊的身体一共分为五个节(但它不是节肢动物),其中头部为一节,其余四节均为身体,在身体的每一节的两侧,水熊都有一只足,所以水熊一共有4对足,而且这四对足的末端都有类似于小钩爪的器官。一般情况下,水熊的颜色是不固定的,因为它本身身体是透明的,但是由于它的主要食物以藻类为食,而不同的藻类中含有类胡萝卜素,这些类胡萝卜素进入水熊体内后就会成为水熊的颜色。

水熊能够抗住极端的环境靠的就是自己隐生的能力,而它的隐生按照停止一切新陈代谢的角度看,就是死亡,但是在特定的时间内,将已经“死亡”的水熊再次放到原生环境中,它就会再次苏醒,所以这个也不能称之为死亡,因此才有了隐生这个词。

首先,我们简单的来了解一下水熊

当然,水熊的能力除了隐生外,科学家们还发现,它即使暴露在太空的射线当中也能存活下来,这对于地球生物来说已经算是个“超能力”了。不过,即使水熊的生命力如此的顽强,它也逃不过天敌们的捕食(比如线形动物门、一些小的昆虫)。

上图就是进入隐生状态下的水熊,它的身体会蜷缩起来,除了在低湿的状态下,它体内的蛋白质会分解为水分(等到蛋白质分解完毕,它基本上也就没救了,但是由于低湿隐生下,水熊虫的新陈代谢会非常的慢,当体内蛋白质分解完后,它还会分解身体的50-80%的组织转化成水,所以这个过程可达1年之久)外,其他任何的隐生状态下,水熊都会停止身体的一切新陈代谢行为,这种状态我们用“假死”来形容并不是很准确,因为假死下,生物体的新陈代谢只是变得很缓慢,但水熊是停止,也就是死亡。

人类对于水熊的研究,最早可以追溯到18世纪的70年代,首次记录水熊的是一位神父,它在观察自己从户外采集的标本时意外地发现这种显微镜下身体胖胖的,像一头小猪一样的生物,不过,由于神父对生物没有什么研究,所以只是一笔带过。

水熊是一种多细胞生物,它们的体长大都非常的小,目前已知的最大的水熊也只有1.4毫米,其他水熊的体长大都在几十微米到几百微米不等。由于它们体型很小,所以想要发现它们,必须要借助显微镜。

虽然水熊以水中的微生物和藻类为食,但是它没有牙齿,无法咀嚼和吞咽,只能靠嘴巴的两个突起,一个刺破食物的表皮,一个像针管一样吸食。从表面上看,水熊的身体柔软无骨,其实水熊的体表有一层角质层覆盖,这能够保护水熊不受伤害,当然除了保护左右,这层角质层还有一个重要的作用,我们下面在介绍水熊强大的能力时会说到。

在这个过程中,水熊的这一层角质的外壳起到了很关键的作用,因为这层外壳既可以锁住身体的水分,又能够防止与自身体液浓度不同的外界液体进入体内,当然最关键的还是水熊停止所有新陈代谢的能力。这两个方面相辅相成,最终让水熊成为了地球上生命力最前的生物。

但是不同的是,在极端的环境下,只要不超过水熊的极限时间,那么将水熊再次放入正常的环境中,它就会苏醒。

水熊的“超能力”:隐生

总结

到目前为止,科学家们已经发现了超过900种不同的水熊,它们分布于世界各地有水的环境中,不管是有着厚厚积雪的高山之上,还是深海之中,只要是有水的环境中就能发现水熊的存在。

之后,科学家们再次对水熊的隐生的极限进行了研究发现,它的变渗隐生的极限为(将水熊从淡水放入海水或者相反)72个小时,低温隐生的极限为接近绝对零度;缺氧隐生(完全无氧的情况下)的极限为5天左右;低湿隐生比较的复杂,水熊在低湿的条件下进入隐生模式有一个重要的前提:湿度是逐渐降低的,如果直接把它放到完全干燥的环境中,它很快就会死亡。

之后,不断地有学术界的人开始了对水熊的研究,最终我们才有了现在比较完整的资料,不过,对于水熊的研究,科学家们到现在仍然在进行着,所以关于水熊的许多秘密和问题,相信在不久的将来就会得到答案。下面, 我们就根据科学家们对水熊的研究来简单的介绍一下它。(下图为普通显微镜下的水熊,你如果有显微镜的话,也可以看到这样的画面)

当水熊虫处于恶劣环境下,会通过停止所有的新陈代谢来应对灾难,这个时候它们就进入了一种叫“隐生”的状态,在这个状态下,水熊虫会变得十分顽强,无论是高温、极寒、真空,甚至是一些射线下面,它都没有事。它会以这种状态一直保持下去,直到再次接触含水的环境时,水熊虫就像是古代大侠出关一样,获得新生,重新变得活跃起来,我们称这个状态为“水合”。

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