时间为了科学的缘故,陆生动物经历了很多事情。科学家们将它们发射到太空,将它们浸入低于冰点的水中,然后用枪将它们射出。1-3它们并非完全坚不可摧,但也很接近。
这些柔软的水熊使用一种称为“隐生”的策略来生存,从极端温度到干燥。当它们遇到恶劣的条件时,它们会进入休眠状态,新陈代谢过程逐渐停止,并卷曲成一个称为“tun”的球。凭借这种防御机制,缓步动物是唯一能够生活在地球上最荒凉角落的物种之一。
虽然科学家们观察到缓步动物反复在本应致命的条件下生存下来,但他们仍然无法弄清楚缓步动物如何知道何时形成吞,以及这些吞如何让它们生存。发表在PLOS One上的一项新研究首次揭示了缓步动物如何利用化学物质来忍受一些致命的环境。4他们的结果为可逆化学修饰如何开启和关闭微生物的防御状态提供了新的线索。
“当人们想到缓步动物时,一个常见的误解是它们是极端微生物,”马歇尔大学化学家、该研究的作者德里克·科林(Derrick Kolling)说。 “他们不是。与其他动物相比,有些动物可以在相当不利的条件下生活,但实际上,它们的强项是极端耐受性。”
当科林对微生物的化学世界感兴趣时,他决定将缓步动物放入一台机器中,以测量具有不成对电子的分子(例如氧化物),从而产生了这项研究的想法。令他惊讶的是,缓步动物似乎会制造这些分子,尤其是当它们形成tun时。许多常见的应激源也会刺激各种生物体中类似氧化物的产生,因此科林想知道氧化分子是否可能在 tun 的形成中发挥作用。
为了回答这个问题,他与北卡罗来纳大学教堂山分校的化学家、该研究的合著者莱斯利希克斯合作。他们决定关注一种缓步动物物种——Hypsibius exemplaris。团队成员在显微镜前站了几个小时,煞费苦心地从缓步动物生长的藻类中挖掘出来。然后他们让缓步动物经历一系列极端条件。有些条件是致命的,但其他条件,例如冰冻温度和高水压,则导致缓步动物形成桶并在严酷的考验中幸存下来。
研究人员特别感兴趣的是,当他们将缓步动物浸入过氧化氢中以模拟化学应激时,它们迅速形成了tun。特别是,这些氧化物似乎通过修饰缓步动物蛋白质中一种名为半胱氨酸的氨基酸来触发tun的形成。当研究人员使用其他化学物质阻止半胱氨酸氧化时,缓步动物不再卷曲成筒状——不仅是对过氧化氢的反应,而且在冷冻或高水压下也是如此,这表明氧化信号在保护缓步动物免受各种压力源。
科林说,氧化似乎是 tun 形成的一个开关。在压力环境中,半胱氨酸被氧化并引发tun形成过程。当环境恢复正常时,氧化的半胱氨酸恢复到初始状态,缓步动物从它们的桶中展开。
“这非常清楚地表明这些残留物参与其中,”科林说。
亚当·密茨凯维奇大学的生态学家武卡斯·卡兹马雷克(Łukasz Kaczmarek )表示,有毒化学物质可能会触发缓步动物的防御——一种称为化学生化的过程——这一事实此前并没有在缓步动物身上得到充分证明,他是亚当密茨凯维奇大学的生态学家,他没有参与这项研究。卡兹马雷克认为,这项新研究填补了科学家对缓步动物恢复能力理解的一个关键空白。
“现在我们知道化学生化是缓步动物的真实反应,”卡兹马雷克说。但他强调,总体而言,关于加密生物还有很多东西需要了解。 “我们几乎一无所知,”他说。 “我们知道一子参与了这个过程,但它们是如何工作的呢?我们不知道。”