科學家發現「水熊蟲」缺水也能活過來的秘密

科學家發現「水熊蟲」缺水也能活過來的秘密
Photo Credit: Depositphotots

我們想讓你知道的是

「地表最強」的水熊蟲為何在缺水的環境也能夠生存?近日有科學家發現了牠們這個秘密。

被稱為「水熊蟲」的緩步動物門(Tardigrade),是一類小型動物,身長半毫米,牠們在面對極端環境時會「玻璃化」進入隱生狀態(cryptobiosis),停止新陳代謝,待環境適宜時再復甦。實驗顯示牠們能夠抵受極端低溫、高溫、高壓、對人而言致命的游離輻射,甚至可以在缺水、真空的狀態下存活。

一直有科學家研究這種「地表最強生物」,希望了解牠們如何在極端環境下存活。去年有日本科學家從水熊蟲身上發現一種基因,能夠產生保護細胞DNA減少受X光破壞的蛋白質。

耐旱機制新發現

至於耐旱方面,有科學家猜測牠們利用海藻糖(trehalose)來生存,因為一些生物是靠海藻糖來在缺水環境下生存。不過有些耐旱的動物似乎不靠這種糖,而且水熊蟲是否使用海藻糖亦成疑問——有研究顯示水熊蟲只有少量海藻糖,亦有研究未能在所有品種的水熊蟲身上發現海藻糖。

科學家過往亦發現,不同品種的水熊蟲在面對缺水環境時,存活率並不相同,差別在於乾燥的速度。而且如果水份流失得太快,所有水熊蟲都無法活過來。這個結果顯示,水熊蟲需要時間去製造一些保護物質,以回應環境變化。

日前在期刊《Molecular Cell》上發表的一篇論文指出,其實水熊蟲是靠一種無穩定構型蛋白質(IDP)來回應極端環境,並發現了有關基因。

尋找水熊蟲「異能」基因

研究人員首先檢視當水熊蟲變乾時會啟動有哪些基因,從中列中一些「候選基因」,當中有些會製造水熊蟲特有的多種IDP(研究人員稱之為TDPs)。

為了測試水熊蟲是否需要TDPs來抵受乾旱,研究人員利用RNA干擾技術,抑制水熊蟲身上的有關基因,再進行實驗。結果發現,在有水的環境下牠們存活率不受影響,但在脫水狀態下存活率明顯大受影響,顯示TDPs對於水熊蟲在缺水環境下生存非常重要。

以往有科學家認為,水熊蟲耐受各種極端環境的能力,最初源自牠們可以在脫水狀態生存。這種稱為「交叉耐受性」(cross-tolerance)的現象在不同生物上亦有相關研究,但未有共識。

研究團隊也嘗試測試水熊蟲有沒有「交叉耐受性」,他們研究水熊蟲在冷凍環境下的狀態,發現在冷凍過程中製造的蛋白質有別,而且抑制了有關基因後未有大幅降低其存活率,顯示水熊蟲面對不同環境的存活機制之間,關係比過往認為的小。

發現或有助儲存疫苗

論文提到,很多關於隱生現象研究的目的,是辨別能保護重要生物物質的蛋白質及分子。研究團隊為了測試TDPs是否好的保護物質,他們改造了一些酵母和細菌,使其可以製造其中一些TDPs,並比較其在缺水環境下的表現。

由於當中有些基因會減慢生長速度,研究人員排除了這些基因。實驗結果顯示,數種TDPs足以令酵母乾燥耐受性提升近100倍,在細菌上亦有類似作用。研究人員希望今次的發現,能夠成為未來研究的基礎。

除了讓我們更了解水熊蟲外,這項研究有甚麼用途?其中一位論文作者Thomas C. Boothby 表示,科學家未來可能使用TDPs去保護疫苗及其他藥物,使其在脫水狀態下可以於室溫保存,無須冷藏,方便運輸和儲存。

沒有參與是次研究的德國生物學家Ralph O. Schill認為這項發現很重要,他表示希望看到在不同品種的水熊蟲上進行類似實驗,因為不同品種的水熊蟲在面對乾燥過程的反應可能有別。

相關文章︰

資料來源︰


Tags: