征服全宇宙的水熊虫 还是个基因”小偷“？

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，美国科学家首次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首次水熊虫基因组测序，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。首先，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;其次，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;最后，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。因此他们推测，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，同时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”，蜘蛛侠也只存在于电影中，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。因此他们认为，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。