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睡了四萬年的線蟲已經蘇醒,人類冰凍複活還差多遠?

作者:中科院中國科普博覽

産地:科普中國

生産:關西科建工業研究所

監督:中國科學院計算機網絡資訊中心

7月底,世界各地的媒體都關注俄羅斯科學院土壤科學、化學和生物問題研究所的一個實驗室。在這裡,在西伯利亞永久凍土中冷凍了數萬年的兩條線蟲解凍并重新解凍,開始了新的生命之旅。

這是人類第一次複活了一種被冷凍了這麼久的多細胞生物,而這兩隻線蟲也憑借自己獨特的"冰凍年齡"秘密,成功登上了現存動物壽命的榜單。在他們漫長的睡眠開始時,猛犸象在西伯利亞苔原上漫遊。

西伯利亞永久凍土 - 古代生物遺骸的天然冷藏庫

永久凍土,英文名稱permafrost,來自永久當機,字面上永久當機的土地的首字母縮略詞。永久凍土覆寫北半球的20%,主要集中在西伯利亞、俄羅斯、阿拉斯加、加拿大北部和格陵蘭島,最大厚度為650米(阿拉斯加普拉德霍灣)。

睡了四萬年的線蟲已經蘇醒,人類冰凍複活還差多遠?

廣闊的西伯利亞永久凍土區,景波

此前,科學家們成功地在西伯利亞的永久凍土樣本中複活了一系列冰凍的古代生物。然而,它們很常見,因為它們屬于單細胞動物或具有發芽能力的種子。好氧/厭氧細菌,藍藻,線蟲,單細胞綠藻,酵母,變形蟲變形蟲,外來鞭毛蟲,纖毛蟲,苔藓孢子甚至更高的植物種子都在名單上。

然而,在冷凍多細胞生物的複活方面沒有實質性的進展。雖然有20年或30年線蟲在冷凍标本中成功的先例,但畢竟時間不夠長,相關研究也未能引發更大的影響。

另一方面,由于特殊的自然地理條件,在西伯利亞發現了儲存完好的古代動物遺骸。在這片極度寒冷的土地上,在更新世(約260萬年前至12000年前,地質時代第四紀早期)滅絕的大型動物如猛犸象,長毛犀牛和洞穴獅子都被發掘出來,它們的完整性往往令人驚訝。

睡了四萬年的線蟲已經蘇醒,人類冰凍複活還差多遠?

在西伯利亞永久凍土中發現的一頭年輕猛犸象的屍體,由詹姆斯·聖約翰在VisualH上發現

然而,當它們從黑暗冰冷的地面上被挖掘出來時,即使它們還活着,它們也失去了活力。是以,當兩隻線蟲開始在培養皿中緩慢蠕動時,研究人員的興奮是顯而易見的。

複活線蟲 - 既不簡單也不簡單的科學探索

兩隻線蟲中較年輕的一隻是從科雷馬河下遊杜瓦尼亞爾(Duvanny Yar)的松鼠洞穴的遺迹中收集的,這種形成是在32,000年前通過碳同位素測量的。

另一條線蟲是從Alazeya河冰川沉積物的岩心鑽探中收集的。從地表以上3.5米深處的核心取樣,并通過碳同位素測量,可追溯到大約42,000年前。

這些樣本是在2002年和2015年采集的,并儲存在-20攝氏度的實驗室中。同樣值得注意的是,進行這項研究的科學家還收集了300個類似永久凍土沉積物的樣本,盡管其中隻有兩個樣本成功地複活了古代線蟲。

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兩個樣品提取的位置,由景波介紹

上司該研究的俄羅斯科學機構在收集含有生物成分的永久凍土樣本方面擁有獨特的資源,但一系列技術難題,如含有潛在複活物的樣品在運輸和儲存過程中的儲存條件以及抗菌處理過程,直到最近才被克服,進而為古代線蟲的複活掃清了道路。

科學家們首先将大約2克含有冷凍線蟲的土壤樣本放入培養皿中,為線蟲生存創造了合适的條件,以便使它們的種群盡快繁殖。最後,經過數周的精心培育,300多個培養皿中的兩個出現了隻有幾百微米長的線蟲。然後将這些珍貴的微小生物轉移到瓊脂和特殊的營養液中,這些營養液繼續以大腸杆菌作為主心培育。

雖然這兩種線蟲在最近的種群中都有雄性形式,但所有複蘇的線蟲都是雌性。由于女性個體的解剖學特征比男性少,是以在僅基于形式的分類研究中沒有太多的科學嚴謹性。為此,科學家們對兩種重生線蟲的形态和形态進行了測序,其中一種在染色體上被命名為18S rRNA。在比較了遺傳資料庫中線蟲的18S rRNA序列後,關閉了兩條線蟲的物種分類。物種分析結果表明,這兩種線蟲分别屬于Panagrolaimus detritophagus和Plectus parvus物種,其現代種群分别在1930年和1865年得到證明。

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Panagrolaimus屬内的某種線蟲。

線蟲屬一般直徑約50微米,圖中的S代表精子,E代表卵子,O代表卵母細胞

這兩隻線蟲現在在維基百科上有自己的頁面,他們的故事,世界上第一個長期冷凍複蘇的多細胞動物,是衆所周知的。與大多數線蟲相比,這兩種線蟲以其微不足道的存在而聞名。

遠古線蟲封印被解除——是不是遠遠沒有喚醒冰凍的人體?

将人體當機在冬眠狀态以在星際迷航中生存是許多太空科幻作品的經典橋梁。在影片描寫的這種冰凍狀态下,人體的大部分生命活動都暫停到覺醒,這相當于一種無形的生命延伸。

雖然高等生物體和線蟲屬于同一個多細胞生物體,但實際上,一旦人體進入冷凍睡眠模式,生命就會死亡,因為人體的複雜性絕不及線蟲。電影中的覺醒就像是卷土重來,也是活虎虎,科幻屬性一目了然。常識告訴我們,長期冷凍的進階生物體更難複活。

首先,人體的組織和器官具有很大的多樣性,它們的組成元素從物質和材料的角度來看,主要含有水、蛋白質、脂肪、無機鹽等。這些物質對冷凍儲存也有不同的反應和耐受性,例如複雜的蛋白質在冷凍後極有可能失去其原始的生物活性,并且該過程幾乎是不可逆的。像線蟲細胞這樣的細胞,對冷凍具有良好的耐受性,必須存在于人體内,但并非所有身體部位都能承受冷凍和解凍。

此外,大腦恢複功能的程度同樣悲觀,一旦人腦中蛋白質分子的天文數字變性,這台精密的機器能否正常運作?一系列不合情理的植物神經在恢複後能否恢複正常功能,調節最基本的生理活動?相對較高的大腦功能,如思想,意識和記憶,能否在當機前完全恢複到其水準?不得不說,這些問題的答案令人沮喪......

睡了四萬年的線蟲已經蘇醒,人類冰凍複活還差多遠?

作者:我不這麼認為

烏克蘭國家科學院低溫生物學和低溫醫學研究所的低溫庫

事實上,進行這項研究的科學家在他們的論文中對其重要性做出了理性和客觀的評論,"這揭示了多細胞生物在長時間自然冷凍後能夠成功恢複的可能性。更新世線蟲對冷凍的一些适應機制在低溫醫學、低溫生物學和天體生物學等領域可能具有指導意義。"

由此可見,多細胞動物的冷凍恢複取得了曆史性突破,但受試者仍然隻是線蟲,一種相當劣等的生物。那麼,我們能質疑這項研究在這方面的價值嗎?

事實上,正如作者所說,這項研究的最大潛在價值在于,它表明未來的研究應該集中線上蟲細胞群組織對冷凍的防禦機制上。正是這種看似沒什麼直接價值的基礎研究,正在推進人類對自然規律的認知和利用。

從長遠來看,低溫生物學和低溫醫學領域的研究,如先進的防寒技術,凍傷組織修複和生物來源食品的冷凍儲存,也将在此過程中受益。與太空睡眠相比,這些話題與人類生活沒有密切關系。

永久凍土加速解凍 - 全球變暖的陰霾

在接受《西伯利亞時報》采訪時,參與這項研究的科學家在評估他們的情緒時使用了這個混合詞。這種所謂的"擔憂"是全球變暖引起的永久凍土加速融化。

不斷融化的永久凍土将為有關研究人員帶來更多珍貴的古代動植物和細菌标本,這樣的盛宴一定會讓研究人員感到高興。然而,全球變暖對西伯利亞永久凍土的許多環境後果開始顯現。

例如,古代動物的解凍遺骸很可能成為緻命病原體滋生的溫床,給當地流行病學控制部門帶來新的壓力。2016年8月底在俄羅斯北部爆發的炭疽病很可能是由死于炭疽病的古代馴鹿遺骸引起的。當平均氣溫升高時,永久凍土逐漸融化,永久凍土中當機的遺骸暴露,捕食者體内的休眠細菌和病原體被屍體感染。當人類與受感染的動物接觸時,許多人畜共患疾病可以進一步傳播給人類。

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融化中的永久凍土,來源:NPS氣候變化反應可視化

最後,無論如何,我們應該向這群線蟲的頑強生命緻敬。他們最後一次"呼吸"泥土的芬芳時,穴獅的腳印可能并不遙遠。現在,它們在培養皿中扭動着4萬年前的屍體,仿佛回到了猛犸象還在西伯利亞荒野上奔跑的時代。四萬年的沉睡,四萬年的天地洪水,這種對4萬年覺醒的蔑視,對于人類來說,新時代的開始會是帷幕嗎?

引用:

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3.嗡嗡嗡 plus.com/article/2018/07/27/42000 蠕蟲新聞/

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(本文中注明來源的圖像已獲得授權)

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