水熊基因添加到人类细胞 人类就能在火星生存了
  时间:2019-03-22 11:20  点击量:   
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  当我们在好莱坞大片《火星救援》(The Martian)中看到马特·达蒙(Matt Damon)扮演的宇航员被困在火星上时,许多观众可能认为,他们学到了许多有关如何在火星上生存的知识。只需要制造个温室,向火星沙尘中施以粪肥,就可以种出茁壮成长的马铃薯作物,以便维持生存。

  但这毕竟是电影,忽略了火星上生命生存所需要的其他必要条件。事实上,火星上稀薄的大气层几乎无法防护太空辐射,火星表面不断受到太阳高能粒子和银河系宇宙射线的轰炸,它们都会影响人类DNA,并引发有害的突变。在火星上生存1年,人类受到的辐射相当于美国核电站工人每年最高辐射量的5倍。

  对于火星殖民者来说,解决方案可能就是一种被称为缓步类生物的微生物。这种生物就像毛虫与裸鼹鼠的混血儿,胖乎乎的身体和小爪子为它赢得“水熊”或“苔藓猪”的绰号,然而你千万不要为其呆萌的外表所欺骗。实际上,这种水生无脊椎动物可以在许多极端环境下生存,包括极寒、酷热、高压以及密集辐射环境中,这些条件往往会导致人类立即死亡。

  为了了解缓步类生物的辐射承受极限,日本东京大学的研究人员围绕这种微生物的细胞展开研究,并发现了一种特殊的蛋白质Dsup,它似乎可以保护细胞DNA的完整性,帮助生物避免陷入严重脱水状态。严重脱水会对活体生物分子造成严重破坏,甚至导致DNA被撕裂。

  科学家们很想知道这种能力是否能复制到人类身上,为此他们在培养皿中改造人类细胞,添加缓步类生物的基因,这种基因可编码产生特殊的保护性蛋白质。当研究人员利用X射线照射基因改造人类细胞和未改造细胞时,他们发现前者受到的损伤降低了40%。

  瑞典克里斯蒂安斯塔德大学研究缓步类生物的进化学家英格玛·琼森(Ingemar J?nsson)表示:“DNA的保护和修复是所有细胞的基本组成部分,也是治愈许多人类疾病的研究方向,包括癌症和衰老。而最新发现对医疗行业将产生巨大影响。它可能帮助提高人类细胞抗应激的能力,将来让正接受化疗的人们受益。”

  现在还不十分清楚,这种生物蛋白质如何保护DNA。但可以肯定的是,它在人类细胞中的确发挥了作用。研究人员称,这些法相将来可被用于保护核电站的工人,帮助他们免受核辐射伤害。 对于未来学家还是太空公司来说,这也是个绝好的消息。如果科学家能够为人类、动物甚至马铃薯体内植入保护性蛋白质,他们就可以在火星上生存得更久。

  美国北卡罗来纳大学生物学家鲍勃·戈登斯特恩(Bob Goldstein)表示,日本科学家的发现令人感到兴奋。他说:“水熊可以在许多不同极限环境下生存,这意味着它们肯定有许多不同的方式保护自己。我们真的需要好好探索下水熊基因组中隐藏的宝藏。”

  成熟的水熊可以在零下253摄氏度到零上151摄氏度的低温和高温环境下生存,也可以生存在X射线兆帕(相当于海平面气压6000倍)压力条件中。它们可以在干燥状态下存活10年,或许也能依靠少量水在火星上存活下来。在地球上酷似火星地貌的阿塔卡马沙漠和麦克默多干谷,都已经发现水熊的行踪。

  1.在没有水的情况下,水熊可以改变生存形态。在面对极限环境时,水熊能够完全“干”掉,利用名为海藻糖的糖分取代体内的所有水分。这样,它们就能在几乎无法生存的环境下保存自己。

  2.水熊的体型很小,可以躲过天敌的追杀。水熊拥有极强的韧性,又是自然界中最小的生物之一,它们的体型只有罂粟种子大小,不超过1.5毫米长。它们可以生活在沉积物或海洋中,不会引起掠食者的关注。

  3.水熊的嘴里含有“锋利的匕首”。尽管水熊体型很小,但它们依然凶猛,嘴里藏着重武器,即类似匕首的牙齿,可用于切割藻类甚至其他小型微生物。

  4.水熊可在太空中生存下来。为了测试水熊的极限生存能力,瑞典克里斯蒂安斯塔德大学研究缓步类生物的进化学家英格玛·琼森(Ingemar J?nsson)曾于2007年,利用FOTON-M3太空船将水熊送入低地轨道中。在恶劣的太空环境中,大多数水熊都在真空和宇宙射线辐射下生存下来。有些甚至在致命紫外线辐射中幸存下来。

  5.水熊的历史几乎比任何生物都长。在人类进化前,水熊就已经在陆地和海洋中游荡。水熊会是地球上最后存在的物种吗?或许时间才能证明。

  水熊经常被视为唯一能在火星上生存的微生物,但可能依然无法在火星地表生存。最主要的问题是,水熊需要少量氧气维持生存。如果无法进入厌氧状态,它们几天内就会死亡。此外,水熊也需要食物,比如藻类。如果火星上有藻类或地衣,它们就可以为水熊提供所需氧气。有些极地或高山地衣可在火星环境下生存,地衣的真菌部分是需氧菌。它们可以在火星模拟仓的阴影角落生存。如果火星某些地方有藻类可提供氧气,水熊能够存活下来吗?现在还不清楚,目前还没有相关研究,但这种可能性很大。

  德国科隆-波尔兹宇宙医学研究中心研究发现,缓步类动物在太空环境中都生活得很好,和在地面上没有多大区别。但是遭受太空环境和太阳辐射双重考验后的样本,存活率很低。尽管如此,它们也是人类迄今为止发现的第一种在双重暴露下,仍然有样本存活的动物。

  除了水熊外,还有许多适应能力超强的生物或可在火星上生存,包括轮虫类、线虫类(蛔虫)、可抗干燥的昆虫幼虫,还有甲壳类动物,如盐水虾。科学家发现,这些“超级动物”都和缓步类动物一样,具备高度抗干燥的能力。此外,部分缓步类动物赖以生存的地衣类植物也可以在太空环境下生存。



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