缓步动物对人类有害吗？缓步动物的样子是怎么样？

本文所说的这种动物叫缓步动物，所谓缓步就是说它们行动十分缓慢。这是一些在潮湿环境中生活的微型动物，通常生活在苔藓、地衣和土壤中。体长很少超过1毫米，已经记录的种类大约有300-400种，代表种如熊虫。陆生种类最显著的特征是对不良环境具有极强的忍耐能力，遇到干旱时，它们可将身体含水量由正常的85%降至3%，此时它们的活动停止，身体萎缩，在这种状态下，缓步动物可以抵御恶劣的环境达数年之久，如极限温度、电离辐射、缺氧等，当环境好转时，身体再复苏，这种现象又被称为隐生。

缓步动物的样子如下图所示：

上图中是微小的八足缓步动物，这个是通过电子显微镜放大了 1,000 倍的照片。

令人惊讶的是，缓步动物是耐受力极强的微小动物，譬如：即使遭受到超出人类耐受剂量500 倍、足以杀死人的辐射，它却仍然可以以某种方式存活。

这是为什么？下面我们一起随科学家们的研究来解开这个谜团。

大约在60年前，在法国南海岸的一个小村庄附近，科学家发现，那里的一些小动物可以在来自外太空的极端辐射下幸存下来。

这个村庄叫Peillon，坐落在山顶上，周围环绕着橄榄树，那里有一幢白砖建筑，类似于中世纪的城堡。这些树的树干上覆盖着蓬松的绿色苔藓。在苔藓中隐藏着一种叫做缓步动物的微小的八足动物，每个都大约仅有一粒盐那么大。

1963年，法国的生物学家拉乌尔-米歇尔·梅（Raoul-Michel May）从Peillon村的苔藓上收集了数百只这样的小动物。他把小动物放在一个盘子里，用X光片拍它们。

大家知道，X射线在微小剂量下相对无害，它直接射穿您身体的软组织（但不是骨骼——这就是为什么医生可以用它们来拍摄骨骼图像的原因）。然而，在非常高的剂量下，X射线是可以杀死人的。

拉乌尔-米歇尔·梅用高达500倍的X射线剂量，几乎就像炸弹一样轰炸了缓步动物，这些剂量足以杀死一个人。令人惊讶的是，大多数小动物都活了下来——至少活了几天。从那时起，科学家们多次重复这个实验，这些小动物通常都能活下来。

“我们真的不知道为什么缓步动物对辐射如此耐受，”Ingemar Jönsson说，这是“不合常理的”。

下图是一只在水中游泳的熊虫，通过光学显微镜看到，它只能在水中活跃。

Jönsson在瑞典克里斯蒂安斯塔德大学工作。作为一名生物学家，他研究缓步动物已有20年。他发现，它们可以承受所有类型的辐射：紫外线、伽马射线。他说，这些动物在这些条件下生存是“不自然的”，这与科学家理解进化的方式不符。

通常来讲，所有生物都应该适应它们的环境，这些生活在橄榄树林凉爽树荫下的缓步动物也不例外。然而，这些动物可以以某种方式在比我们星球上任何地方都高出数百万倍的辐射水平中幸存下来！这一点从进化的角度来讲似乎有点说不通。

另外，缓步动物还有一些极端的特点，它可以在-273°C的冰冻环境中生存。这比地球上目前所报道的最低温度110摄氏度还要低160摄氏度；还有，把它们放在航天器外部绕地球运行，在没有任何空气的太空中竟然存活了 10 天。

以上的这些实验数据是不是给了我们一些启示：这些小动物可以帮助人类为太空长途航行做准备。

首次发现缓步动物的是一位名叫约翰·戈兹（Johann Goeze）的德国传教士，他于1773年通过显微镜观察了一株小小的池塘植物，还看到了一个粗壮、笨拙的生物，每只脚上都有尖尖的爪子。他称它为“小水熊”，它们今天仍然被称为“水熊虫”，学名为缓步动物，意思是“缓慢的步进者”。

以上的照片是通过扫描电子显微镜拍摄的。

之后，大约在1775年，一位名叫拉扎罗·斯帕兰扎尼（Lazzaro Spallanzani）的意大利科学家将缓步动物放入一滴水中，他通过显微镜观察，发现水滴缩小了，缓步动物停止了移动。它把头和腿完全缩进身体里，最后，当水完全消失时，这个生物看起来像一个干燥的、皱巴巴的核桃，如上图所示。

这时候缓步动物已经失去了体内97%的水，并缩小到初始大小的六分之一。这里给出一个对比数据：人类只要仅失去30%的水分就会死亡。

这时候小动物像一片干枯的树叶一样，一碰就会破裂，它看起来死了，斯帕兰扎尼是这样认为的。

但是他错了！

当斯帕兰扎尼将干燥的缓步动物放入水中时，它又恢复了活力。皱巴巴的“核桃”像海绵一样膨胀。它的头和腿又弹出来了。不到30分钟，它就游了起来，划着八条腿，好像什么都没发生过一样。

干燥的缓步动物只是极端地减低了新陈代谢。它似乎不再呼吸，停止使用氧气。但它是活的，现在科学家把这种行为称之为隐生，意思是“隐藏的生命”。这个阶段也可以称为无水共生，或“无水的生命”。

这些耐寒的动物几乎无处不在——海洋、池塘和溪流、土壤以及生长在树木和岩石上的苔藓和地衣中，其中许多地方在夏季会变干，缓步动物也可以每年必须以这种方式生存几周或几个月。

有趣的是，这种具有极强耐受力的动物并不仅限于缓步动物。栖息在这些地方的其他小动物——称为轮虫的微小动物和称为线虫的小蠕虫，也可以经受住干燥。

随着研究的深入，科学家们已经了解了干燥如何损害身体，这反过来又揭示了为什么缓步动物、轮虫和一些线虫不仅可以在干燥中生存，而且可以在强烈的辐射和冷冻中生存的线索。现在科学家们在北极永久冻土中发现在24,000年“休眠”后又“醒来”的轮虫。

缓步动物分布在地球表面的大部分地区，生长在树木、岩石和建筑物上的苔藓（上图）和地衣中。缓步动物也可以在池塘中找到（下图），有时生活在称为浮萍的微小植物中。

这些耐寒的生物甚至在冰川表面（下图）茁壮成长，那里的沙子或灰尘会导致冰层上的小洞融化，从而形成微小的缓步动物巢穴。

没有水也能生存。我们知道，干燥会以多种方式损害细胞。当细胞像葡萄干一样起皱和收缩时，它们会裂开并泄漏。干燥还会导致细胞中的蛋白质展开，蛋白质是脆弱的，一旦展开，它们将停止工作。

干燥也会以另一种方式损害细胞。当细胞干燥时，留在细胞内部的一些水分子会开始分裂。H2O 分为两部分：氢 （H） 和羟基 （OH）。这些反应性成分被称为自由基。科学家们认为，这些化学物质可能会破坏细胞最宝贵的物质：DNA。

2009年，两组科学家终于弄清楚了这一点。洛雷娜·丽贝卡（Lorena Rebecchi）表明，当缓步动物干涸三周时，它们的DNA确实会断裂。Rebecchi是意大利摩德纳大学和雷焦艾米利亚大学的生物学家。她发现了所谓的单链断裂，即DNA梯子的一侧断裂。Rebecchi在《实验生物学杂志》（Journal of Experimental Biology）上分享了她团队的工作。

同年，德国的科学家也发现了类似的东西。当缓步动物干燥时，它们的DNA不仅积累了单链断裂，而且还积累了双链断裂。也就是说，DNA梯子在两侧都断裂了。

对Rebecchi来说，这些数据很重要。她说，缓步动物可以在高剂量的辐射下存活下来，“这是它们耐受干燥能力的结果”。

她说，缓步动物适应于在DNA损伤中幸存下来，因为这就是它们变干时发生的情况。这种适应也使它们能够在其他破坏DNA的攻击中幸存下来，如高剂量辐射。

缓步动物如何修复和保护DNA？

Rebecchi认为缓步动物可能非常擅长修复它们的DNA——修复阶梯上的那些断裂。但是，“目前我们没有证据，”她说。

但科学家们确实有一些来自被称为手蝇（Ky-RON-oh-midz）或湖蝇的昆虫的证据。它们的幼虫也可以在干燥后存活。它们也可以在高剂量的辐射下存活下来。当苍蝇幼虫在干燥三个月后第一次醒来时，它们50%的DNA被破坏了。但是他们只需要三到四天就可以解决这些中断问题。

对于缓步动物来说，要首先保护它们的DNA不被破坏。

日本科学家在2016年发现了这一点，生活在日本北部城市街道上生长的苔藓丛中的缓步动物，其蛋白质与地球上任何其他动物都不同的蛋白质。这种蛋白质像盾牌一样锁定在DNA上以保护它。他们称这种蛋白质为“Dsup”（DEE-sup），即“损伤抑制器”的缩写。

如何将这种发现应用于人类呢？科学家们将这种Dsup基因插入到有生长的人类细胞的培养皿中。然后，研究人员用X射线和一种叫做过氧化氢的化学物质接触这些细胞。辐射和化学物质应该杀死了细胞并破坏了它们的DNA。但那些有 Dsup 的细胞幸存下来，Kazuharu Arakawa 回忆道。

缓步动物对干燥的耐受性也可以解释为什么它们可以在非常低的温度下在冰冻中存活。

当温度降至冰点以下时，水会从动物的细胞中渗出。它会在动物体外形成冰晶。当细胞失去水分时，它们的外膜（就像皮肤一样）通常会起皱并裂开。细胞中的蛋白质也会展开，就像被毁坏的纸飞机一样。这就是为什么冷冻会杀死大多数生物的很大一部分原因。

但是缓步动物可以在细胞像葡萄干一样萎缩的情况下存活下来。2012年，日本科学家发现了一个主要线索。他们分析了缓步动物在开始变干时产生的数千种蛋白质。这些动物大量产生五种蛋白质。这些看起来与任何其他已知的蛋白质都不同，Arakawa说。他是发现这些新型蛋白质的团队的一员。

它们比大多数蛋白质更松软、更灵活。它们更像缠结的纱线，而不是精确折叠的纸飞机。但是，当缓步动物失去水分时，这些蛋白质做了一些惊人的事情。每一个都突然变成了一根又长又细的棒子的形状。

水通常使细胞的膜和蛋白质保持适当的形状。细胞内的液体在物理上支持这些结构。在大多数生物体中，失去水分会导致膜弯曲和破裂，这导致蛋白质展开。但在缓步动物中，当水消失时，这些杆状蛋白质似乎接管了关键的支持工作。

弄清楚缓步动物如何忍受极端情况可以帮助其他物种在恶劣的环境中生存。更进一步来讲，它可以帮助人类探索外太空的恶劣环境。

长期太空旅行的一大挑战是如何种植粮食。太空充满了辐射，在地球上，人、植物和动物都受到地球磁场以及大气层的保护。但是在宇宙飞船内部，辐射水平将远远高于地球上。在长途航行中，这种辐射可能会干扰马铃薯或菠菜等粮食作物的生长。然而，这些工程植物可以制造类似缓步动物蛋白质，由此可能会给它们带来保护。

科学家报告说，他们已将缓步动物 Dsup 蛋白的基因插入烟草植物中。烟草通常被用作其他作物的模型，例如作为食物食用的作物。当植物暴露于破坏DNA的化学物质时，它们比没有Dsup的植物生长得更快。当暴露于X射线或紫外线辐射时，它们显示出较少的DNA损伤。

另一个研究小组报告说，缓步动物 CAHS 蛋白可以保护人体细胞免受 DNA 损伤化学物质的侵害。这表明这些蛋白质也可以插入食用植物中，甚至可以插入作为食物种植的昆虫或鱼类中。

缓步动物给我们带来一些启示，它之所以能耐受极端的环境，是因为对其基因的保护和修复作用，使它们能够在极限温度、电离辐射、缺氧等环境中生存下来。特别是对于研究人类深入外层空间时免受各种不利因素的影响具有重大借鉴意义。