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水熊蟲是如何偷取其他生物的基因DNA的?

作者:佚名 2016-05-10 瀏覽: 6,739 評論:0

摘要: 世界上生命力最強(qiáng)的動物有哪些?也許大家會想到“小強(qiáng)”蟑螂。實(shí)際上,地球上生活著比蟑螂更為強(qiáng)悍的動物,那就是被稱為自然界最偉大幸存者的水熊蟲?,F(xiàn)在,它除了以強(qiáng)悍的生命力著稱以外,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),它還是偷走其他生物基因DNA的“大盜賊”。 強(qiáng)悍的生命 水熊蟲是屬于緩...

世界上生命力最強(qiáng)的動物有哪些?也許大家會想到“小強(qiáng)”蟑螂。實(shí)際上,地球上生活著比蟑螂更為強(qiáng)悍的動物,那就是被稱為自然界最偉大幸存者的水熊蟲。現(xiàn)在,它除了以強(qiáng)悍的生命力著稱以外,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),它還是偷走其他生物基因DNA的“大盜賊”。

水熊蟲是如何偷取其他生活的基因DNA的?

強(qiáng)悍的生命

水熊蟲是屬于緩步動物門的一類小型動物的俗稱?,因?yàn)樗鼈兛雌饋硐穸嗤取⒖蓯塾直孔镜男⌒?。有記錄的水熊蟲種類大約900種,它們很小,體長一般在1毫米左右。

它們的生活范圍極廣,似乎在哪兒都能找到這類動物的身影。它們生活在每一個大陸,從你家的后院到幾乎沒有人類足跡的南極洲,從最深的海洋到最熱的沙漠,甚至是在喜馬拉雅山脈的頂部(6000米以上)。

盡管它們體型微小,卻很難死掉。它們能夠承受極其惡劣的環(huán)境,不管是接近絕對零度的極端寒冷的溫度(-273℃)還是超過水沸騰的溫度(151℃)。有研究顯示,水熊蟲可以在絕對干燥環(huán)境中生存1到10年之久。

2013年,歐洲宇航局曾利用無人宇宙飛船, 將這種古怪又強(qiáng)悍的生物送入太空,進(jìn)行長達(dá)10天的太空之旅,但科學(xué)家并不是讓它們待在太空艙的內(nèi)部,而是直接將它們暴露在艙外,置于太空輻射和低溫環(huán)境中,從而測試它們的生命力。

結(jié)果水熊蟲的生命力令人震驚,其中一些竟然能在低溫真空和太陽輻射雙重嚴(yán)苛的考驗(yàn)下幸存下來,并且在回到地球后重新開始繁殖后代。

它們是已知的唯一一種能在太空真空環(huán)境生存下來的動物。

在干燥狀態(tài)或環(huán)境惡化時,水熊蟲的身體會縮成圓桶形,自動脫水,靜靜地忍耐蟄伏(隱生現(xiàn)象),這個絕招能把生命代謝放慢到幾乎停止的程度。

進(jìn)入休眠狀態(tài)時,它的身體含水量可以降到僅僅3%這樣一種極端的“脫水狀態(tài)”。?待環(huán)境好轉(zhuǎn)后,身體含水量上升,水熊蟲又能“復(fù)生”。

有記錄表明,水熊蟲最長隱生的壽命超過120年。

生物界的大盜

研究人員想要揭示水熊蟲在極端環(huán)境下的生存策略,就要研究水熊蟲的基因組,因此,要對水熊蟲的每一個基因都進(jìn)行分類。

結(jié)果,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水熊蟲具有另一個非同尋常的特點(diǎn):它們不是從自己祖先那里繼承所有基因,其中將近17.5% 的基因組是由外源DNA構(gòu)成。

能夠獲得如此多的外源基因,使水熊蟲成為動物界“偷取DNA”的頭號盜賊。其實(shí),我們可以想象到,正是這種奇怪的遺傳物質(zhì)混搭法,才使水熊蟲能以更復(fù)雜的方式生長和發(fā)育。

但奇怪的是,許多基因看起來并不像是動物的基因。科學(xué)家最初以為是樣本被污染了,但經(jīng)過反復(fù)、仔細(xì)的檢查和實(shí)驗(yàn),并重建生物祖先的特定基因序列后,科學(xué)家證實(shí)了看起來像外來基因的基因,確實(shí)不是水熊蟲自己“開發(fā)”而來,也不是從別的動物那里偷來的,而是從非動物那里挪過來的(植物、細(xì)菌、真菌和古生菌),水熊蟲體內(nèi)高達(dá)六分之一的遺傳物質(zhì),都是來自于這些毫不相干的植物和微生物。

那些奇怪的遺傳物質(zhì)大部分都源自于細(xì)菌,而且還出現(xiàn)在水熊蟲的遺傳表達(dá)中。

研究人員發(fā)現(xiàn),在某些情況下,外源基因已經(jīng)取代了水熊蟲某些本身的基因,而水熊蟲身上沒有被取代的基因,雖然還保持自己的功能,但也合并了一種或幾種細(xì)菌的單個或多個遺傳物質(zhì)片段。

因此研究者推測,偷取別人基因這件事,并不是一次性發(fā)生的,而是在進(jìn)化過程中不斷持續(xù)地發(fā)生的,甚至?xí)r至今日,水熊蟲依然在盜取其他生物的基因。

如何偷???

那么,水熊蟲這個大盜賊是如何將外來基因收為己有的呢?

很早之前,科學(xué)家們就已經(jīng)知道,細(xì)菌和其他微生物可以水平基因轉(zhuǎn)移,也就是遺傳物質(zhì)能夠在不相關(guān)的物種之間進(jìn)行交換。

但科學(xué)家最近才開始意識到,這種遺傳發(fā)育的方法也可以發(fā)生在動物身上。

相比于水熊蟲,其他動物的基因組包含的“異物”很少(人類也有外源基因,但非常有限,主要通過轉(zhuǎn)座子和病毒獲得)。之前,微小的水生動物——輪蟲,是具有最多外源DNA的記錄保持者,為8%至9%。而現(xiàn)在水熊蟲后來居上了。

我們之前就提到,水熊蟲有一種特殊的能力:當(dāng)遭遇極其惡劣的環(huán)境時,會慢慢失水變干,但當(dāng)有適合的生存條件時,它又會蘇醒。

研究人員懷疑可能正是這種能力,在“盜取’他人基因中發(fā)揮作用。當(dāng)水熊蟲變干,它們的基因組會斷裂。

當(dāng)補(bǔ)充水分后,水熊蟲細(xì)胞的細(xì)胞膜仍然會保持一段時間的“泄漏”狀態(tài),當(dāng)細(xì)胞快速地修復(fù)自己受損的DNA時,可能會將外界環(huán)境中的某些DNA帶到細(xì)胞中,嵌入自己的基因組中。

所以,脫水干燥、細(xì)胞膜“泄漏”和DNA斷裂之間存在的關(guān)系,可能是水熊蟲成為“大盜賊”的重要幕后推手。

對于水熊蟲那些優(yōu)越的生存技能來說,這些大量的外源基因可能起著非常重要的作用。因?yàn)槿绻芟x們從能忍耐嚴(yán)苛環(huán)境的生物那里獲得了DNA,那么它們可能因此獲得忍耐嚴(yán)苛環(huán)境的能力。也就是說,從細(xì)菌、真菌和植物盜取來的外來基因,可能已經(jīng)賦予水熊蟲能在沸水、冷凍環(huán)境,甚至是宇宙真空條件下生存的能力。

關(guān)于水熊蟲是如何設(shè)法湊齊這么多外源遺傳物質(zhì)的,進(jìn)一步的研究仍在進(jìn)行之中。

研究人員表示,在未來,水熊蟲基因的研究可能會有助于藥品、疫苗的開發(fā),使疫苗不再需要低溫保存,甚至可以當(dāng)場脫水變干和復(fù)活,這對偏遠(yuǎn)的農(nóng)村診所或危機(jī)地帶(戰(zhàn)爭區(qū))來說,可以稱得上是個絕對的福音。