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睡了四万年的线虫已经苏醒,人类冰冻复活还差多远?

作者:中科院中国科普博览

产地:科普中国

生产:关西科建工业研究所

监督:中国科学院计算机网络信息中心

7月底,世界各地的媒体都关注俄罗斯科学院土壤科学、化学和生物问题研究所的一个实验室。在这里,在西伯利亚永久冻土中冷冻了数万年的两条线虫解冻并重新解冻,开始了新的生命之旅。

这是人类第一次复活了一种被冷冻了这么久的多细胞生物,而这两只线虫也凭借自己独特的"冰冻年龄"秘密,成功登上了现存动物寿命的榜单。在他们漫长的睡眠开始时,猛犸象在西伯利亚苔原上漫游。

西伯利亚永久冻土 - 古代生物遗骸的天然冷藏库

永久冻土,英文名称permafrost,来自永久冻结,字面上永久冻结的土地的首字母缩略词。永久冻土覆盖北半球的20%,主要集中在西伯利亚、俄罗斯、阿拉斯加、加拿大北部和格陵兰岛,最大厚度为650米(阿拉斯加普拉德霍湾)。

睡了四万年的线虫已经苏醒,人类冰冻复活还差多远?

广阔的西伯利亚永久冻土区,景波

此前,科学家们成功地在西伯利亚的永久冻土样本中复活了一系列冰冻的古代生物。然而,它们很常见,因为它们属于单细胞动物或具有发芽能力的种子。好氧/厌氧细菌,蓝藻,线虫,单细胞绿藻,酵母,变形虫变形虫,外来鞭毛虫,纤毛虫,苔藓孢子甚至更高的植物种子都在名单上。

然而,在冷冻多细胞生物的复活方面没有实质性的进展。虽然有20年或30年线虫在冷冻标本中成功的先例,但毕竟时间不够长,相关研究也未能引发更大的影响。

另一方面,由于特殊的自然地理条件,在西伯利亚发现了保存完好的古代动物遗骸。在这片极度寒冷的土地上,在更新世(约260万年前至12000年前,地质时代第四纪早期)灭绝的大型动物如猛犸象,长毛犀牛和洞穴狮子都被发掘出来,它们的完整性往往令人惊讶。

睡了四万年的线虫已经苏醒,人类冰冻复活还差多远?

在西伯利亚永久冻土中发现的一头年轻猛犸象的尸体,由詹姆斯·圣约翰在VisualH上发现

然而,当它们从黑暗冰冷的地面上被挖掘出来时,即使它们还活着,它们也失去了活力。因此,当两只线虫开始在培养皿中缓慢蠕动时,研究人员的兴奋是显而易见的。

复活线虫 - 既不简单也不简单的科学探索

两只线虫中较年轻的一只是从科雷马河下游杜瓦尼亚尔(Duvanny Yar)的松鼠洞穴的遗迹中收集的,这种形成是在32,000年前通过碳同位素测量的。

另一条线虫是从Alazeya河冰川沉积物的岩心钻探中收集的。从地表以上3.5米深处的核心取样,并通过碳同位素测量,可追溯到大约42,000年前。

这些样本是在2002年和2015年采集的,并保存在-20摄氏度的实验室中。同样值得注意的是,进行这项研究的科学家还收集了300个类似永久冻土沉积物的样本,尽管其中只有两个样本成功地复活了古代线虫。

睡了四万年的线虫已经苏醒,人类冰冻复活还差多远?

两个样品提取的位置,由景波介绍

领导该研究的俄罗斯科学机构在收集含有生物成分的永久冻土样本方面拥有独特的资源,但一系列技术难题,如含有潜在复活物的样品在运输和储存过程中的保存条件以及抗菌处理过程,直到最近才被克服,从而为古代线虫的复活扫清了道路。

科学家们首先将大约2克含有冷冻线虫的土壤样本放入培养皿中,为线虫生存创造了合适的条件,以便使它们的种群尽快繁殖。最后,经过数周的精心培育,300多个培养皿中的两个出现了只有几百微米长的线虫。然后将这些珍贵的微小生物转移到琼脂和特殊的营养液中,这些营养液继续以大肠杆菌作为主心培育。

虽然这两种线虫在最近的种群中都有雄性形式,但所有复苏的线虫都是雌性。由于女性个体的解剖学特征比男性少,因此在仅基于形式的分类研究中没有太多的科学严谨性。为此,科学家们对两种重生线虫的形态和形态进行了测序,其中一种在染色体上被命名为18S rRNA。在比较了遗传数据库中线虫的18S rRNA序列后,关闭了两条线虫的物种分类。物种分析结果表明,这两种线虫分别属于Panagrolaimus detritophagus和Plectus parvus物种,其现代种群分别在1930年和1865年得到证实。

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Panagrolaimus属内的某种线虫。

线虫属一般直径约50微米,图中的S代表精子,E代表卵子,O代表卵母细胞

这两只线虫现在在维基百科上有自己的页面,他们的故事,世界上第一个长期冷冻复苏的多细胞动物,是众所周知的。与大多数线虫相比,这两种线虫以其微不足道的存在而闻名。

远古线虫封印被解除——是不是远远没有唤醒冰冻的人体?

将人体冻结在冬眠状态以在星际迷航中生存是许多太空科幻作品的经典桥梁。在影片描写的这种冰冻状态下,人体的大部分生命活动都暂停到觉醒,这相当于一种无形的生命延伸。

虽然高等生物体和线虫属于同一个多细胞生物体,但实际上,一旦人体进入冷冻睡眠模式,生命就会死亡,因为人体的复杂性绝不及线虫。电影中的觉醒就像是卷土重来,也是活虎虎,科幻属性一目了然。常识告诉我们,长期冷冻的高级生物体更难复活。

首先,人体的组织和器官具有很大的多样性,它们的组成元素从物质和材料的角度来看,主要含有水、蛋白质、脂肪、无机盐等。这些物质对冷冻保存也有不同的反应和耐受性,例如复杂的蛋白质在冷冻后极有可能失去其原始的生物活性,并且该过程几乎是不可逆的。像线虫细胞这样的细胞,对冷冻具有良好的耐受性,必须存在于人体内,但并非所有身体部位都能承受冷冻和解冻。

此外,大脑恢复功能的程度同样悲观,一旦人脑中蛋白质分子的天文数字变性,这台精密的机器能否正常运作?一系列不合情理的植物神经在恢复后能否恢复正常功能,调节最基本的生理活动?相对较高的大脑功能,如思想,意识和记忆,能否在冻结前完全恢复到其水平?不得不说,这些问题的答案令人沮丧......

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作者:我不这么认为

乌克兰国家科学院低温生物学和低温医学研究所的低温库

事实上,进行这项研究的科学家在他们的论文中对其重要性做出了理性和客观的评论,"这揭示了多细胞生物在长时间自然冷冻后能够成功恢复的可能性。更新世线虫对冷冻的一些适应机制在低温医学、低温生物学和天体生物学等领域可能具有指导意义。"

由此可见,多细胞动物的冷冻恢复取得了历史性突破,但受试者仍然只是线虫,一种相当劣等的生物。那么,我们能质疑这项研究在这方面的价值吗?

事实上,正如作者所说,这项研究的最大潜在价值在于,它表明未来的研究应该集中在线虫细胞和组织对冷冻的防御机制上。正是这种看似没什么直接价值的基础研究,正在推进人类对自然规律的认知和利用。

从长远来看,低温生物学和低温医学领域的研究,如先进的防寒技术,冻伤组织修复和生物来源食品的冷冻保存,也将在此过程中受益。与太空睡眠相比,这些话题与人类生活没有密切关系。

永久冻土加速解冻 - 全球变暖的阴霾

在接受《西伯利亚时报》采访时,参与这项研究的科学家在评估他们的情绪时使用了这个混合词。这种所谓的"担忧"是全球变暖引起的永久冻土加速融化。

不断融化的永久冻土将为有关研究人员带来更多珍贵的古代动植物和细菌标本,这样的盛宴一定会让研究人员感到高兴。然而,全球变暖对西伯利亚永久冻土的许多环境后果开始显现。

例如,古代动物的解冻遗骸很可能成为致命病原体滋生的温床,给当地流行病学控制部门带来新的压力。2016年8月底在俄罗斯北部爆发的炭疽病很可能是由死于炭疽病的古代驯鹿遗骸引起的。当平均气温升高时,永久冻土逐渐融化,永久冻土中冻结的遗骸暴露,捕食者体内的休眠细菌和病原体被尸体感染。当人类与受感染的动物接触时,许多人畜共患疾病可以进一步传播给人类。

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融化中的永久冻土,来源:NPS气候变化反应可视化

最后,无论如何,我们应该向这群线虫的顽强生命致敬。他们最后一次"呼吸"泥土的芬芳时,穴狮的脚印可能并不遥远。现在,它们在培养皿中扭动着4万年前的尸体,仿佛回到了猛犸象还在西伯利亚荒野上奔跑的时代。四万年的沉睡,四万年的天地洪水,这种对4万年觉醒的蔑视,对于人类来说,新时代的开始会是帷幕吗?

引用:

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3.嗡嗡嗡 plus.com/article/2018/07/27/42000 蠕虫新闻/

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(本文中注明来源的图像已获得授权)

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