杀不死的水熊虫的危害 基因“小偷”空间侵略者

小说《三体》中，遇到不适合生存的乱纪元时，三体人便会大喊一声“脱水”，进入休眠，等到相对温和的时期再浸泡复苏。现实动物世界中，缓步动物水熊虫也拥有类似的“隐生”能力。不仅如此，它还是一种生命力超强的动物，在“隐生”状态下，水熊虫的生存范围包含绝对零度到沸点，且能承受极大的压力或辐射，在没有水和食物的情况下可以保持活性超过十年，它甚至是唯一能在残酷的太空环境中活下来的动物。几乎可以说，水熊虫是无法被杀死的。近日，美国科学家对水熊虫的全部基因进行测序，发现这种奇怪的微型生物体内有六分之一的基因“偷”自其它物种，这很可能是水熊虫生命力如此之强的原因。

生存能力超强

脱水十年也能复苏

我们经常说“杀不死的小强”，实际上，蟑螂比起水熊虫来，简直是小巫见大巫。作为世界上生命力最强的生物之一，水熊虫可以追溯到5亿年前的寒武纪，经过漫长的进化，水熊虫体型变得极小，介于50微米~1.4毫米，拥有八条圆乎乎的胖腿，周身覆盖一层水膜，在显微镜下可以看到它们憨态可掬地爬动前行。水熊虫虽小，但从巍峨高山到无尽深海，从汩汩热泉到南极冰层，处处都有它们的身影，甚至真空状态下，它们还能正常产卵。

当周边环境变得严酷时，水熊虫就会进入一种近乎“无敌”的状态来——将八条腿蜷缩起来，圆乎乎的身体变得干瘪皱缩，排出体内几乎所有水分，这是一种名为“隐生盏”的干壳状态，一切新陈代谢几乎停止，好比“假死”状态。

这种情况与像科幻小说《三体》中的设定奇妙吻合，同样的，只要环境适宜，把水加回去，水熊虫就能像三体人一样复生，用它名为“口针”的特殊口器刺穿藻类等生物，吸取里面的营养，再度复活。虽然它的名字中带“熊”，但跟一般的熊类不同，这种脱水“冬眠”并不是只睡一个冬天，已有实验证明，水熊虫脱水至少十年后还能照常复苏。

水熊虫也有致命的弱点，“不耐机械损伤”，也就是说你可以轻易捏死它们，但其他附带的“种族生存优势”仍令人刮目相看。近日，美国北卡罗来纳大学的一项新研究显示水熊虫的“脱水”能力可能导致它从细菌和其他生物体中吸收外源基因，从而拥有了如此多的生存技能。该研究发表于《美国国家科学院院报》。

无敌耐受能力

与“偷”来的基因有关

为了进一步了解水熊虫的“超能力”，美国北卡罗来纳大学的研究人员托马斯·布思比和团队近日进行全世界水熊虫基因组测序，得出的结论令人吃惊——水熊虫约有6000种基因来自其他物种，包括细菌、古菌、真菌和植物。外源基因占它基因总数目的约六分之一。

一开始，托马斯看到数据中满是来自细菌和其他生物体的基因时，“团队人员都以为是污染。”他说。他们猜测，也许是微生物混入了样本，导致它们的DNA掺进了水熊虫的基因组中。但很快，研究小组就排除了这种意外。

于是，托马斯团队做出如此解释通过脱水，水熊虫反而变成了一块能吸水的“海绵”——只不过，它吸收的是外源基因。这种“基因水平转移”情况对于细菌来说并不罕见，它们交换基因就跟人类收发电子邮件般容易。但之前的研究认为，“基因水平转移”在动物中非常罕见。

那么，这些外来基因起初是怎么进入水熊虫基因组的呢？托马斯认为，答案就隐藏在水熊虫的三个怪诞的生物学特性中。，它们能脱水，在这一过程中，它们的DNA分子会自然地断裂成小段；，它们能通过吸水重获新生，在这个过程中，细胞变得千疮百孔，因而能够从环境中吸收包括DNA在内的各种分子；，它们非常擅长修复DNA，修补脱水造成的损伤。

这些基因有功能吗？目前，研究小组发现水熊虫启动了一些“偷“来的基因，在原本的生物体中，这些基因与对抗环境压力相关。他们推测，水熊虫传奇般的耐受能力可能与外来基因本身的特殊功能有关。目前，北卡罗来纳大学的研究者正在计划逐步灭活水熊虫的外源基因，看它们是否会失去那传奇般的无敌能力。

“外源基因捕获系统”

是神秘“造物主”

对此，中山大学生命科学学院艾云灿教授解释道，像水熊虫这种捕获外源基因的行为，可以归为基因水平转移（HGT），相对于垂直基因转移（亲代传递给子代）来说，它打破了亲缘关系的界限，使基因流动的可能性变得更为复杂。

艾教授说“基因水平转移不仅局限于微生物细菌之间，也在许多动物的进化中起到了重要作用，已发现的基因转移可发生于细菌与高等生物，甚至是高等生物之间。”他指出，单是人类基因组中，就大约有10%的基因来自细菌。

据艾教授说，生物体普遍存在着“外源基因捕获系统”。在漫长的生物进化过程中，细菌和病毒作为地球上最早诞生的生命体，在生物体基因组的起源、发育、分化过程中扮演着“始作俑者”和供给者的角色。经过阶段性的基因交换、融合，最终形成了生物的多样性。

而外源基因被捕获后，大多数是带着“功效”来的。艾云灿指出，由于生物的自然选择适应性，被捕获的外源基因在被表达后，通常会在新宿主中体现出原有的功能，赋予新宿主“超能力”，比如发光、抗逆等等。

随着科学发展，越来越多动物基因水平转移的例子开始被发现——蜱虫拥有来自细菌的制造抗生素的基因，能抵抗农药杀害；蚜虫从真菌那儿偷来了显色基因，让自己变得红彤彤的；黄蜂把病毒基因化为自己的生物武器，控制寄主瓢虫作为保护后代的“保镖”；粉蚧壳虫利用多种微生物基因来改善伙食，自己动手丰衣足食，能制造重要的营养物质，如氨基酸；还有一类被形象地称为“空间侵略者”的基因，不断地在蜥蜴、蛙类、啮齿类以及其他动物间转移。

虽然目前人类看似没有因为基因水平转移获得明显的“特异功能”，蜘蛛侠也只存在于中，但无可否认，外源基因捕获系统一直在默默地支持着我们逐步进化。

惊天逆转谁的实验更靠谱？

不过，仅仅在美国北卡罗来纳大学的研究发表一周后，他们的观点就受到了质疑。英国爱丁堡大学的研究小组也对同种水熊虫进行了基因组测序，他们的实验结果却大相径庭结果表明水熊虫中只找到了极少量的水平转移基因，少至仅仅36个，最多也就500个，对动物基因组来说，这个数目在正常范围内。他们认为，北卡小组的测序和分析发生了错误，误将跟水熊虫一起生活的细菌基因统计进去。

之所以会出现这样的争论，是因为到目前为止，科学家还没有能够连续测序基因组的技术，所以他们得将DNA打碎，再测序这些DNA片段，并将这些测序片段组装成连续的完整基因组。在这个过程中，爱丁堡小组发现有些测序片段数量尤其罕见，而另一些测序片段的数量却高达它们的10倍。对此，艾云灿教授的看法是，从生物学上来看，差异如此大的这些片段不太可能来自同一个基因组。

艾教授说“爱丁堡小组的论文分析更充分，结论更合理，而北卡小组的论文存在技术熟练度不够的问题。比如，怎样区别和排除水熊虫样品中污染了的细菌，或者是水熊虫捕食了海藻真菌、感染了病毒等，这些都没有明确交待。在数据分析和验证阶段，实验设计也欠严谨，在6600多个可疑目标序列中，只选取其中107个可疑目标序列做初步分析，还仅仅做PCR扩增获得片段，却没有做进一步序列测定分析和验证。” 他指出，出现这种不严谨的情况，不排除由于过度竞争所导致的急于求成压力，进而造成科学质量问题，这也是科学工作者们在今后工作中应当引以为戒的方面。

虽然北卡与爱丁堡之争尚未有定论，但无论如何，水熊虫极强的生存能力跟它的基因多样性存在必然关联。也许未来的某一天，当科技发展到可以清楚破解水熊虫“生存密码”时，人类就能够借鉴其原理，在疫苗保持长久活性和人体冷冻复苏各方面进行开发应用。