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无限红梨
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[转帖]能抗真空辐射、极冷极热 水熊或成首批星际旅行者
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无限红梨 于 2017/12/6 0:04:09 发布在 凯迪社区 > 珠三角
    人们正准备将生命从我们的太阳系扩展到整个宇宙中。但是,第一种进行星际旅行的生命形式可能不会是人类,甚至是大多数人都不认识的生物。科学家们计划在第一次穿越奥尔特云(太阳系周围冰屑环)和进入星际空间的旅程中,让体型微小、胖乎乎的粉色缓步类动物——水熊(tardigrades)充当主角。为什么要选择水熊?如果你以前听说过这种八条腿的小动物,可能知道它们对宇宙中充斥的危险有着非常强的抗性性。

    

    水熊看起来就像《爱丽丝梦游仙境》(Alice in Wonderland)中的烟熏毛虫(hookah-smoking caterpillar)。它们的体长从0.05毫米到1.2毫米之间不等,但通常不会超过1毫米长。水熊可以在任何地方生存,但它们喜欢生活在湖底的沉积物中,在潮湿的苔藓或其他潮湿环境中。它们还能在各种温度和环境中存活。

    综合分类信息系统(ITIS)数据显示,缓步类动物中有超过1000种已知物种。贝克大学缓步类动物首席研究员威廉·米勒(William Miller)表示,这些生物非常丰富。在七大洲已经发现上千个物种,从最高的山脉到最低的海洋,都能发现它们的踪迹。许多缓步类动物都生活在水里,但在陆地上,你也可以在有苔藓或地衣的地方发现它们。

    水熊的嘴可以向外延伸,露出锋利的牙齿,这些牙齿被用来抓取食物。它们会游泳,使用腿部推动水熊向前获取食物。为了维持生存,水熊会从海藻、地衣和苔藓中吸收汁液。据英国广播公司报道,有些物种是食肉动物,甚至同类相食,它们可以捕食其他的缓步类动物。水熊通过有性繁殖和无性繁殖来繁衍后代,这取决于具体物种。它们每次产下1至30只卵。在有性生殖过程中,雌性会产卵,雄性会给它们受精。在无性繁殖中,雌性会产卵,然后在没有受精的情况下发育。

    虽然长得奇异可爱,但这些小动物几乎坚不可摧。研究发现,水熊能在零下200摄氏度或超过148.9摄氏度的环境中生存。它们还能在辐射、沸腾液体、高达深海六倍压力的条件下存活,甚至在没有任何保护的情况下,也能在太空的真空环境下生存。

    事实上,水熊甚至可以在人类灭绝之后继续生存。哈佛大学和牛津大学的科学家们研究了未来几十亿年中发生某些天文事件的概率,包括地球上撞击小行星、附近超新星爆炸以及伽玛射线暴发等。然后,他们研究了这些事件可能会摧毁地球上最强壮物种的可能性。研究人员在《科学报告》杂志上发表的研究称,尽管如此灾难性的事件很可能会使人类灭绝,但大多数水熊都会存活下来。

    牛津大学教授、研究论文合著者大卫·斯隆(David Sloan)表示:“令我们惊讶的是,我们发现,尽管附近的超新星或大型小行星撞击对人类来说是灾难性的,但缓步类动物可能不会受到影响。因此,似乎生命一旦诞生,就很难被彻底消灭。大量的物种,甚至整个物种可能会灭绝,但整个生命将继续下去。”

    2007年,科学家们发现,这些微生物可以在寒冷、充满辐射以及真空的外太空中生存。一个欧洲研究团队还用FOTON-M3火箭将活体水熊上上地球轨道停留了10天。当水熊返回地球时,科学家们发现有68%存活下来。这怎么可能?尽管据我们所知,水熊在太空中的生存能力是独一无二的,但米勒坚持认为,它们并非是自己进化出这种能力的,而是这种生物来自外星球。更确切地说,水熊的太空生存能力是一种奇怪反应的结果,它们已经进化出了克服危及生命的缺水问题困扰。

    

    在地球上某些最干燥的地方,也可以找到水熊的身影。米勒说:“我从西奈沙漠的岩石下收集到活体水熊,那里过去25年里没有任何降雨记录。”然而,这些技术上属于水生生物的水熊,需要一层薄薄的水来做很多事情,包括吃东西、交配或四处走动。没有水,它们就像搁浅的海豚。但是,居住在陆地上的水熊已经进化出了克服干旱维持生存的奇异解决方案:当它们的环境干涸时,身体也会脱水。

    水熊将进入一种被称为脱水状态,在这种状态下,它们会萎缩,失去体内绝大部分水分(仅保留3%),并将新陈代谢速度降低到正常速度的0.01%。在这种状态下,水熊只会坚持下去,什么也不做,直到体内再次注入液体。当这种情况发生时,水熊就会像被重新浇水的海绵一样复活,就像什么都没有发生过一样。更令人惊讶的是,水熊可以在这种奇怪状态下存活10年。

    米勒表示,研究人员认为,有些水熊物种甚至可以在干燥的环境中生存长达一个世纪。然而,水熊的平均寿命很少能超过几个月。米勒说:“这听起来很奇怪。即使这些水熊的生命只能存活数周或几个月,但它的寿命却可以延长许多年。”

    那么水熊如何在真空中保护自己?在干旱的状态下,水熊几乎可以完全恢复。实验室测试表明,水熊可以忍受完全真空环境,以及相当于最深海洋5倍的强烈压力。缅因州联合大学(Unity College)的缓步类动物首席研究员艾玛·佩里(Emma Perry)表示,其恢复力的确切来源仍是个谜。佩里指出:“总的来说,我们对这个物种的能力知之甚少,特别是当我们谈论分子水平的时候。”

    但是科学家们已经了解到,当水熊进入它的脱水状态时,它用一种叫做海藻糖的糖分子取代了部分细胞成分。研究人员认为,这种海藻糖分子不仅能取代水,而且在某些情况下,还能在物理上限制该生物体内残留的水分子,防止它们在高温和低温的情况下迅速膨胀。这一点很重要,因为水分子的膨胀(比如当你被冻伤时发生的情况)会对大多数动物造成瞬间细胞死亡。

    如何应对太空辐射?太空是致命的,不仅仅因为那里处于真空状态。在我们的保护大气层之外,还有来自遥远的超新星、太阳以及其他来源的致命辐射。太空辐射以有害带电粒子的形式出现,它们可以嵌入动物体内,撕裂分子,比修复更快的速度破坏DNA。但水熊似乎对迎接太空生活做好了奇怪的准备。

    据NASA太空辐射实验室负责人彼得·圭多(Peter Guida)说,对于宇航员(或水熊)来说,最大的辐射问题是被称为活性氧的分子。电离辐射进入人体,钻入含有氧气的任性分子中。简单来说,这些新辐照的分子会穿过身体,造成各种各样的伤害。而在脱水状态下,水熊产生了异常数量的抗氧化剂,可以有效地中和那些漫游、邪恶的活性氧分子。

    在一定程度上,正是由于这种天赋,研究人员发现,水熊可以抵抗更高的辐射剂量。水熊之所以能在高辐射剂量下存活的原因也是一个谜。然而,米勒指出了一个重要的理论:也许水熊曾被风吹起,并在地球的大气中生存下来,进而进化出这种特殊能力。这不仅能解释它们的韧性,而且还能解释它们为何能在世界各地被发现。

    国际自然保护联盟没有评估水熊的受威胁程度。但据《国家地理》报道,它们也不在任何其他濒危物种名单上,在过去大约5亿年的时间里,它们经历了5次大规模灭绝事件而幸存下来。这种韧性,再加上它们的微小体型(不到1毫米长),使得水熊成为太阳系外第一次星级巡航的最佳人选。

    美国太空网曾报道,这些水熊可以在激光支持下,以相对速度(或接近光速的速度)前往太阳系的边缘。这种太空之旅计划包括在美国宇航局(NASA)的星光计划(Starlight program)中,该项目的目标是利用光子将微小物体以极限速度推向邻近的恒星。

    

    水熊的这些特殊能力,使它们特别适合于太阳系外实验:它们堪称是超级脱水器和超级冷冻机。在极度脱水和寒冷情况下,水熊会缩成小团。当条件改善时,它们会补充水分(或融化体内的液体),重新恢复生机。星光计划的作者在他们的网站上写道,这意味着,在不同的条件下,水熊可以周期性地被剔除、储存和重新唤醒,以观察它们的行为。

    与此同时,线虫(C. elegans)也成为这次旅行的最佳候选人,因为科学家们已经掌握了大量关于它们基因和行为的数据。它们体内只有1000个细胞,研究起来相当简单。尽管它们体型很小,但它们可以观察自己的环境,并从中学习以调整行动。而且,就像缓步类动物那样,它们也可以被冷冻和恢复。

    当然,这两个物种都处于动物体型的低端。线虫需要借助显微镜才能观察到,而水熊则是肉眼可见的。它们都足够小,可以把带上地球生命的微型宇宙飞船作为第一次星际之旅的载体。尽管这个计划还未确定,但俄罗斯慈善家、突破摄星(Breakthrough Starshot)计划赞助者尤里·米尔纳(Yuri Milner)表示,第一次星际旅行可能会在20年到25年内成为现实,其中一个目的地是我们最接近的恒星系统——半人马座阿尔法星(Alpha Centauri)。

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    回帖人: | 只看此人 | 不看此人 | 2017/12/6 0:32:13    跟帖回复:
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