作者：段跃初 黄湘红

电子显微镜所见的缓步动物，直径小于0.1 mm。 史蒂夫·格施迈斯纳/科学图片库

2024 年 5 月，在知名刊物《科学美国人》上，一篇由梅根·巴特尔斯撰写的关于缓步动物的研究报道引起了科学界的广泛关注。

缓步动物，这些直径小于 0.1 毫米的微小生灵，有着可爱的俗称——水熊和苔藓小猪。它们以迷人的胖胖外表、独特的俗称以及在极端条件下惊人的适应能力而闻名于世。马歇尔大学的化学家德里克·科林（Derrick Kolling）指出：“它们是保护自己的大师。”

科林和他的同事们，包括北卡罗来纳州大学教堂山分校的化学家莱斯利·希克斯（Leslie Hicks）等人，开启了一项意义非凡的研究，旨在揭示缓步动物坚不可摧的关键机制。

这项研究始于科林的一次偶然尝试。他将一台探测“自由基”的仪器放进用于检测的机器中。在动物的正常代谢过程以及面临环境压力时，如烟等污染物的影响下，细胞内会产生自由基，他推测迟缓剂也可能会产生此类分子。

当自由基累积时，会从周围吸取电子以实现稳定，这一过程被称为氧化，可能破坏体内的细胞和化合物。然而，希克斯的研究表明，少量的自由基也能够充当信号分子，其与各种蛋白质的接触或脱离会影响细胞的行为。

当科林向希克斯分享在缓步动物中观察到自由基的情况后，他们共同设计了一系列实验。让水熊暂时暴露在应激诱导、自由基产生的条件下，如高水平的盐、糖和双氧水。在这些压力之下，水熊虫会蜷缩成一种暂时的保护性休眠状态，称为“tun”。研究人员对水熊虫蜷缩的条件进行监测，发现自由基似乎确实诱发了这种“tun”状态，但其具体机制尚不明晰。

希克斯基于对自由基和氨基酸半胱氨酸之间信号相互作用的研究，决定测试半胱氨酸分子是否在“tun”的形成中发挥作用。于是，她和同事引入已知能阻断半胱氨酸氧化的不同种类分子作为催化剂。结果发现在应激条件下，由于半胱氨酸无法被自由基氧化，催化剂无法形成指向半胱氨酸氧化的调节剂，这表明半胱氨酸氧化是形成“tun”状态的必要机制。

日本庆应义塾大学的生物学家荒川和治（Kazuharu Arakawa）指出，这项新研究与先前关于氧化作用在一种以耐完全干燥而闻名的蜜蜂中的作用的研究相一致。这些相似之处暗示，这种机制可能是一种共同的触发因素，导致“tun”和其他形式的耐寒休眠，即科学家所称的隐生症现象。

尽管取得了这些重要发现，但关于水熊仍存在诸多未解之谜。丹麦罗斯基勒大学的比较动物生理学家汉斯·拉姆（Hans Ram）指出，当水熊进入“tun”状态时，它们会暂时关闭代谢，这一现象甚至连半胱氨酸氧化都无法完全解释。“到目前为止，还没有一项研究能够解释这一现象，”他说，“在我看来，我们还远远不能理解这一点。”

科林和希克斯均认同，对于了解自由基在缓步动物中的作用机制，还有大量的研究工作亟待开展。弹性“tun”状态并非水熊在环境压力下生存的唯一策略，团队计划深入研究其他策略。他们还打算对不同种类的水熊虫进行研究（目前仅研究了典型玉螺），期望发现半胱氨酸氧化在更多动物中被广泛应用。

从长远来看，希克斯希望这项研究能够为衰老和太空旅行的研究提供有价值的信息。毕竟，这两个领域都涉及到对 DNA 和蛋白质等关键细胞机制的自由基损伤。

来源: 科普文讯