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本文目录:
- 1、长成这熊样却拥有“不死之身”,水熊虫的秘密被pj了
- 2、无脊椎动物水熊虫为何堪称是“生物界的一大奇迹”?
- 3、水熊虫的生活环境没那么可怕 为啥会进化到如此地步 几乎是不死之身 想问问为啥
- 4、生物界中的“不死超人”,水熊虫到底有多么神奇?
- 5、“量子水熊虫”:活体动物首次实现量子纠缠?地表最强生物进化?
- 6、水熊虫是什么?为什么说它是传奇物种?
长成这熊样却拥有“不死之身”,水熊虫的秘密被pj了
工作于美国大烟山国家公园的缓步动物研究者Diane Nelson用扫描显微镜拍摄了这张缓步动物的3D图像。图片来源:NPS/Diane Nelson
缓步动物(也称作水熊虫)是体长不足零点几英寸的动物,但它们却是地球上最长寿、最坚挺的动物。它们几乎是不可毁灭的。它们具备对抗缺水的能力。就算它们进入干枯状态,被冰封于冰块中、暴露于辐射下,并被送至真空环境中,只要有水,它们仍能够重生。
期刊PLOS Biology中发布的新基因研究揭示了水熊虫是如何在变干变脆后重获新生的。相关作者现在甚至认为外星生命可能也具备这种卓越的能力。
来自爱丁堡大学进化生物学的合作作者Mark Blaxter说:“如果存活于其他星球的生命也是以水为基础的,那么缺水的生物体就会进化,以对抗类似缺水等的极端事件。”
他补充说明了水熊虫经历低湿休眠的能力(一种干燥、休眠的状态),“地球上的低湿休眠能力已经实现了多次进化,所以我确定它在其他星球上也有进化。”
Blaxter和他的同事采用了一个机智的方法去解开水熊虫低湿休眠背后的科学秘密。
只有极度地预先暴露于干燥环境下,水熊虫才会进入干燥状态。科学家们重新排列并重组了水熊虫的基因组。然后他们把水熊虫(Hypsibius dujardini)的DNA和另一种缓步动物的DNA进行比较。
接着,研究人员观察了一组特殊的同源基因(HOX genes),这组基因形成胚胎首尾相接的模式。动物通常都有十组不同的同源基因,但缓步动物只有五组。线虫(蛔虫)缺了五组相同的同源基因。
Blaxter说:“大概是因为线虫和缓步动物有着同一个祖先吧,这个祖先也缺失了同源基因。或者说,基因缺失和两种生物的变小有关,那么这些‘中型’的同源基因就是最容易缺失的。”
他补充道:它们的基因缺失可能单单是各自的进化引起的。为了解决剩下的问题,科学家们继续讨论缓步动物和线虫类动物的关系是否更近,还是说它和昆虫、蜘蛛、甲壳类等节肢动物的关系更近。
通过质疑缓步动物在低湿休眠时实现了哪些基因转变,科学家们可以识别出多种蛋白质,这些蛋白质是为了替代缓步动物细胞中的水分流失而出现的。因此,这些蛋白质能帮助保存其微型结构,直到它们重获水源。
Arakawa解释说,处于活跃状态的细胞内含约60%-80%的水分,人体细胞亦是如此。
科学家所识别出的核心蛋白质有着高度可溶性。由于表面的张力,它们溶解于缓步动物体内、依附并包围细胞分子的水分中。它们就像是微型的保护层,防止细胞在缺水时变性。
Arakawa还提到了缓步动物还有着保护其DNA免受损害的额外基因。由于这些小型动物缺乏压感路径,它们的细胞在受损后通常不会死去。相反的是,科学家所识别的蛋白质会设法修复损伤,而且这些修复通常都是成功的。
有着这些能力,缓步动物就足以成为地球上最长寿的动物。谁也没料到这些慢吞吞的小动物会有着如此强的恢复力。
Arakawa解释说:“缓步动物是慢活族,它们算不上是侵略性强的动物。因此,它们在食物竞争中常常失败,它们会成为多样化生态系统中的猎物。然而,缓步动物逃到了它们的小世界——一个只有缓步动物才能存活的小世界。所以缓步动物算是因其生态竞争性的缺乏而获得了最强的存活能力。”
Arakawa及其同事预想会有这么的一天:酶、疫苗、人体器官、组织和细胞能在低湿休眠状态中得以保存,而非通过液氮制冷进行保存。
Baxter说:“某些人认为缓步动物会穿越太空并把地球衍生的生命播种在其它星球上。很明显,这样的事情是不会发生的。因为只有个别缓步动物具备低湿休眠的能力,而缓步动物是其他更古老的动物形式衍生而来的。”
虽然缓步动物是否正在太空中飞奔值得质疑,研究人员对这惊人的动物非常着迷,他们会带着敬畏和钦佩之情持续研究它们。
Baxter说:“我们从不畏缩不前。”
?蝌蚪五线谱编译自livescience,译者 李二宝,转载须授权
无脊椎动物水熊虫为何堪称是“生物界的一大奇迹”?
因为水熊虫的生存能力极强,并且基本上可以永生。
一、什么是水熊虫?
水熊虫是一种微生物,大小只有0.05到1.5mm左右,麻雀虽小但是五脏俱全,这种虫子有完整的消化系统以及大部分内脏,而且并非雌雄同体,人家可是真真正正地分男女的,并且拥有8条腿。
科学家们在18世纪末期的时候发现了水熊虫,这种生物的生存范围很广泛,上至雪山下至深海,就没有它们不能生存的地方,科学家们十分好奇,抓了一些回到实验室研究,这一研究可不得了,人们发现从绝对零度到151度之间都是水熊虫的生存温度,生命力极度强悍。
二、水熊虫的特异功能:
耐高温耐低温并非最神奇的地方,自然界中有很多生物都可以做到,水熊虫最神奇的地方在于其耐辐射,正常的人类吸收5GY的放射线就会立即死亡,但是水熊虫可以吸收5000GY的放射线,科学家将水熊虫送入太空,在太空中裸露在各种射线之下,然而取回的时候水熊虫依旧完好无损。另外水熊虫甚至可以在真空的环境下生存,而且可以抵御自己内部的大气压,可以说非常神奇。
三、水熊虫的弱点:
水熊虫进化得如此成功,那么他们就没有弱点了吗?其实不然,进化得再成功,水熊虫也是生物,神仙难躲一溜烟,水熊虫怕火,一烧就死。而且如果温度低于-273度水熊虫也会死去,水熊虫之所以这么厉害,可以在极端情况下生存,是因为一旦环境不允许生存,水熊虫就会排出体内的水分和空气,身体固化,进入一种假死状态,以抵御恶劣的环境,当环境好转,一旦遇水,水熊虫就会马上复苏。
水熊虫的生活环境没那么可怕 为啥会进化到如此地步 几乎是不死之身 想问问为啥
从细菌内生孢子(endospore)的概念来看
生命现象要兼具在相反的极端环境保持代谢"活者"很困难;但若以"假死休眠"之状况去获得各种抗性就容易得多。在五楼时我有提到:或许这些相反的抗性其实是相关的,在此假死之无代谢休眠状态,应该就是这个广效特徵能达成的关键之一。至於确切机制则有待发掘了。
总结一下我认为可能的解释:
水熊可能因为变动的环境,而演化出隐生的特徵,这隐生特徵可能是以停止代谢为主搭配身体结构的重配置而达到对广泛环境压力的综合抗性,而这个演化的方向可以随著对极端变化的适应逐渐加强,以及其抗广泛压力的适用而更加被亲赖。
还有 人觉得水熊虫可能是历史上的“外星生物”。毕竟能耐真空和辐射,这是外太空的条件。
生物界中的“不死超人”,水熊虫到底有多么神奇?
你能想象得到吗?有一种生物不仅与天地同寿,火烧,烧不死,冰冻,冻不死,你就是把它扔到外太空,它都能存活,就算是把它扔进太阳中,它都不一定会死,而这样的生物还是在地球上真实存在的,你说气人不?它拥有人类渴望的一切,但是人类还看不见它,这个神奇的生物就是——“水熊虫”。
这个水熊虫是怎么进化出来的,据说早在几千万年前,这个生物就已经存在了,之所以没有化石,是因为水熊虫实在是太小了,只有几十微米,最大的也就一毫米左右,如果这样说不直观,那么咱们看看电影《蚁人》中的场景,各位看到了吗?这个差点吃掉蚁人的小可爱就是水熊虫。
其实地球的霸主,既不是6500万年前的恐龙,也不是现在所谓高级生命的人类,在微观世界里的霸主,是这个看起来还有点可爱的水熊虫,因为单从生命强度的角度来说,任何已知的物种都没有水熊虫顽强,水熊虫的名字里面为什么有一个“熊”字呢?因为这是一种缓步生物,但是并不意味着它不强大,虽然它很小,但是你看看这个物种的生物结构。
在微观的世界,这种结构的生物几乎是无敌的存在,如果不告诉你大小,单看这个外观真的很像外星怪兽,光脚就长了八只,而肢体的末端还有吸盘和爪子,这个样子,队长怎么看都有几分狰狞的意思,要不队长说这个形象,真的很像外星生物,地球上的传统物种长相这么怪异的真的很少。
刚才说水熊虫的生命顽强,可能说得比较笼统,大家会有一个比较模糊的概念,如果弄个生命顽强排行榜,水熊虫妥妥的第一名,要知道科学家可是在水熊虫身上做了一堆的“惨无人道”的极限实验,比如把它扔进负272摄氏度到151摄氏度的条件下,水熊虫依然可以坚持生存两分钟,在负200度的情况下,水熊虫能活好几天,负20度的环境下,这哥们基本就没啥感觉了,而它甚至能够抗住百倍能让人致死的电离辐射,水熊虫能承受的最大压力是马里亚纳海沟最深处压力的六倍,你就别拿人比了,就那个深度的六倍压力,坦克都成饼了。
而水熊虫在太空的真空环境中也能活,要知道太空的真空环境可不仅仅只是缺氧、超低温这么简单,最致命的是超高的辐射环境,2007年的时候,NASA做了太空实验,证明水熊虫在真空环境下,可以完好地生存10几天,然后很多的科学家在这一系列的实验之后得出了一个恐怖的结论,就是这么一个小东西能够抗住小行星撞击,超新星爆发,甚至伽马射线爆发这样的灭世灾难,基本上意思就是只要太阳没挂,它就能一直存在,队长一度认为,超人的灵感来源会不会就是这个小东西。
相信在核武器面前,没有谁是不怂,但是水熊虫估计是不屑一顾了,就这点能量,还不够它蜕一层皮的,所以拥有这样超级生命力的生物,实际上遍布全世界,不管是火山,还是深海,可能就是地底最深处,都有这个东西,看来这个小东西占领地球是指日可待了,要不是它太小,都不用外星人打进来,就这么个东西,人类都扛不住。
要知道和水熊虫相比,地球上所有物种的生命都是脆弱的,上面说的灾难随便来一个,地球上最后留下的只会是这个小东西,要是给他足够的时间演化,可能地球新霸主就是它了。
上面说的那种其实纯属一种无聊的猜想,因为根据最新的科学发现,就这个超级物种在大概5亿年前就已经存在了,经过了数次的物种大灭绝,依然存活至今,这个时候达尔文的进化论,又被啪啪打脸了,就这么个生命力超强的物种,5亿年的时间,别说智慧了,体型都没长,你说生物是进化出来的,那么这个现象怎么解释?
并且什么进化能够诞生出这么强的生命力,所以虽然这个物种是目前最古老的物种,但是好像它存在也只有“活着”这一个目的,但是你知道吗?当年科学界发现这个物种的时候可是高兴疯了,只要pj这个生物的基因序列,就能解答水熊虫能够在恶劣环境生存的问题,而用这样的基因方式改造人体,未必不会造就强大的超人。
所以说科学最初的目的都是疯狂的,但是要知道其实人类的基因也是有着顽强的基因的,人类虽然不是很适应现在的极端环境,但是真要把人类扔到稍微恶劣的环境中,还是可以活下去的,而下一步人类的目标不管是星辰大海,还是地球的茫茫深海,都需要足够顽强的生命力,所以提高人类的整体身体素质,早就提上了生命科学的议程。
而水熊虫作为一个生物界的极端案例,更是研究的重中之重,你能想象,在未来的某一天,超人满天飞,枪炮棍棒已经是博物馆陈列品的时代吗?
也许真的当人类的个体足够强大了,才能避免大规模的战争,而这个发现几乎是必然的,因为人类最终的欲望,就是和我们的“神”看齐,要是有成为”神“的可能,哪怕仅仅是0.00001%,人类都会去尝试,就更别说还有这么一个让人类羡慕嫉妒恨到眼红的物种存在了。
而作为微观世界的霸主,对水熊虫的研究,也让人类发现了一个全新的领域,就是微观世界的生物圈,当然这就是另一个故事了。
“量子水熊虫”:活体动物首次实现量子纠缠?地表最强生物进化?
水熊虫素有“地表最强生物”之称,这些最大只有 1.4 毫米,最小也就 50 微米,甚至还没有一粒沙子大的小虫子,生命力却极其顽强。例如对普通生物致命的手段:高温、辐射、缺氧、电离等,对它来说也就算是挠痒痒。
有实验表明,水熊虫可以在零下 272 和 151 的极限温度下存活 2 分钟,如果能早些将其置于常温下并给予水分,它就可以顺利复活。而且就连原子弹的辐射杀不死它,还能承受来自地球最深处——马里亚纳海沟的水压。甚至科学家还曾把水熊虫装进子弹,并射向数米开外的靶子。结果显示,在825米/秒的撞击下,水熊虫依然能存活下来,而这种撞击瞬间的冲击压高达 10 亿帕。因此在世界各地的各类环境中,我们都能发现水熊虫的踪影,即便是恶劣的宇宙空间也很难奈何得了它们。
于是乎,很多人脑洞大开。例如在科幻作品《星际迷航》系列中,“星际水熊虫”就能够与生物孢子共鸣,并利用遍布宇宙的菌丝网络,实现空间跳跃。但现实毕竟不像幻想那么神奇,真实的水熊虫远没有那么“变态”。 不过却有科学家突发奇想,拿水熊虫做起了量子纠缠实验。
要知道量子的世界十分神奇,在某种程度上,一个粒子仿佛可以同时出现在两个地方,即量子纠缠。并且,处于纠缠态的两个粒子还能通过某种未知的机制,在较长的距离内任性地共享信息,即使它们之间隔了整个银河系。因此如果研究成立,水熊虫会成为第一种实现了量子纠缠的动物,也是目前最大地实现了量子纠缠的宏观物体。
2018年,牛津大学的研究人员让一种光合细菌和光子产生了量子纠缠。 即细菌体内的光合色素分子与空间产生耦合或相互作用,使得细菌能不断吸收光子、发射光子和再吸收反射光子,实现光子的反复利用。 同时它暗示了自然界中另一种可能自发产生量子生物学的情况:深海环境中给予生命能量的光非常稀缺,这可能使那里的绿硫细菌加快量子力学的演化适应,以促进光合作用。
这也是第一次有人成功地诱导一个完整的生物表现出量子纠缠或叠加效应,哪怕它是一个单细胞的细菌。然而现在,和水熊虫比起来,细菌取得的成就还是太小了。
本次实验的研究人员收集了三只水熊虫,它们的体长在 0.2 到 0.45 毫米之间。为了方便实验,研究人员先将水熊虫冷冻处理,使它们脱水进入休眠状态,大小也变成了之前的三分之一。之后再将水熊虫进一步冷冻至绝对零度以上 10 毫开尔文左右,已经接近水熊虫的耐受极限。
同时,研究人员制作了一个由两个量子比特组成的超导电路,量子比特 A 与量子比特 B 通过电路纠缠在一起。随后,研究人员把水熊虫放置在量子比特 B 所在电路中的电容板之间,这样一来它就会改变量子位的共振频率。随后,研究人员经过多次测试后发现,超导量子位与缓步动物内的电子频率同时发生变化,这意味它们耦合在一起了。
上图:实验电路示意图。A、B为两个量子比特,T代表水熊虫。
17天后,研究人员试图让三只休眠的水熊虫复苏。但仅有一只水熊虫活了过来,另外两只则死去了。按研究人员的说法,这只唯一的水熊虫幸存者,是 历史 上首个经历过量子纠缠的动物。水熊虫不但在实验环境的极端性,以及它们暴露在极端环境中的时间长度方面创下了新的记录, 还在它们的生存技能清单上增加了一项新的内容:能够建立量子纠缠——就好像幽灵般的水熊虫 ,和幽灵般的超距作用之间存在某种关系一样。 但事情从来不会如此简单,这项实验也受到了太多质疑!
有科学家认为,这个实验没有任何意义。他们所做的只是把一个水熊虫放在两个耦合量子比特中的一个的电容上。但不管实验中的水熊虫有没有被确定为第一只经历了量子纠缠的动物, 这个实验也再度展示了水熊虫顽强的生命力。这意味着在未来,水熊虫可能会成为我们进入其他量子实验的大门。
延伸阅读
如今,“第二次量子革命”已经开启,我国毫无疑问地走在了世界前列。 别看 2019 美国谷歌公司推出 53 个量子比特的计算机“悬铃木”,对一个数学算法的计算只需200 秒,当时世界最快的超级计算机“顶峰”需 2 天。但很快在一年之后,就被我国的量子计算原型机“九章”超越。它求解数学算法高斯玻色取样只需 200 秒,而当时世界最快的超级计算机要用 6 亿年。
而且“九章二号”的速度更快,其求解高斯玻色取样比目前世界最快的超级计算机快10的24次方倍(亿亿亿倍)。此外,我国今年还建成了全球首个星地量子通信网,创造了 500 公里的现场光纤量子通信世界纪录。
水熊虫是什么?为什么说它是传奇物种?
大自然的生物多种多样,它们的生存本领各不相同。
今天我们就一起去看看,4种有特殊生存本领的生物吧。
缓步动物是一种多细胞动物,它们非常小,甚至不足一毫米。
缓步动物的代表生物就是水熊虫,说到水熊虫,很多人都会感到熟悉,它们可以说是世界上最强悍的生物,它们可以在任何环境下生存,包括高辐射、没有氧气的外太空。
它们早在18世纪就被发现了,在显微镜下,我们可以清楚地看到,它们有四对腿、爪子还有吸盘。
水熊虫可以克服所有能够使人类灭绝的因素,过冷、过热、没有食物和氧气的条件。
它们已经存在了数亿年了,至今已经发展出了750余种种类。
水熊虫几乎随处可见,通常存在于水中或地衣和苔藓上。
科学家目前在对它们进行精密的研究,希望可以从它们的身上找到,能够在极端环境下生存的诀窍。
自然界中有成百上千种不同种类的蜥蜴和壁虎,很多蜥蜴都拥有独特的伪装能力。
比如撒旦叶尾壁虎。
大多数的蜥蜴都是在体色上有变化,它们可以根据环境的颜色改变自己的颜色,而叶尾壁虎不一样,它们对自己的身体重新构造,从身体的形状上就开始模仿叶子。
这种壁虎生长在马达加斯加岛的中部偏东地区,个别品种的眼睛是红色的,就像撒旦一样,所以才被命名为撒旦叶尾壁虎。
叶尾壁虎不仅仅只是棕色的,它还能把自己变成黄色、绿色和粉色,基本上树叶有什么颜色,就能变成什么颜色。
而它们最特别的一点,就是像枯叶一样的尾巴,身体也变成了像枯叶一样的形态。
除了模仿树叶的壁虎,还有模仿树干的,它们可以说是伪装大师,基本白天很难发现它们的存在,而它们还喜欢夜间活动,就更加不容易被发现了。
这是一种长得很像蚂蚁的蚁蜂,它们浑身密布绒毛,外形像蚂蚁,但是没有翅膀,就像是一只披着天鹅绒的蚂蚁。
这种蚁蜂虽然不像蜜蜂一样尾部有一根刺,但它也不是好惹的,它可是剧毒的。
它身上的随便一根刺,就可以杀死一头牛。
这种蚁蜂身上的绒毛颜色各异,有红的、蓝的、黑的等多种颜色,如果在野外看到他们,千万要离它们远远的,不要被它们鲜艳的外表所欺骗,颜色越是鲜艳,就越是毒。
这个美丽的物体其实并不是花,而是一只兰花螳螂。它们拥有绝美的外表,就像是一朵花一样。
它们生活在马来西亚的热带雨林区,兰花螳螂有各种各样的伪装,它们会伪装成不同种类的兰花,甚至还会根据兰花颜色的深浅,来改变自己身体的颜色。
它们是非常高明的伪装者,会藏在兰花里,静静地守株待兔。
它们几乎什么昆虫都会捕食,只要是活的,不管是苍蝇、蜜蜂、蜘蛛还是蝴蝶飞蛾,都是它们的食物。
但螳螂的繁殖方式同样残忍,在交配完成后,雌性会将雄性吃掉,当作产卵需要的营养。
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