水熊( 二 )


水熊

文章插图
水熊它们由头部,四个体节,被几丁质(chitin)构成的角质层(Cuticle)覆盖 。四对脚,末端有爪子,吸盘或脚趾 。由长长的细胞组成的肌肉因应体节而分布 。口前有两向前突出,一个用于刺进食物,另一个则是吸收工具 。前肠有很多成对腺体,薄薄的食道连线中肠 。在两个目的水熊虫中肠和末肠之间有马氏管(Martensite tube),专司体内的渗透压(osmotic pressure)平衡 。
水熊

文章插图
水熊身体结构神经系统的构成:咽上下神经节(Upper and lower ganglion),其中咽下神经节(Inferior pharyngeal ganglion)和腹部四个神经节链式(Ganglion Chain)相连 。体腔中的细胞负责储存 。水熊虫没有循环系统(circulatory system)和呼吸系统(respiratory system) 。缓步动物通常是雌雄异体(Male and female) 。它们的性腺(gonad)是次体腔(Secondary cavity)(事实上,所有的节肢动物都是这样)的残留物,是不成对的囊状器官,或者是在肛门前向外开口,或者是向终肠开口 。卵子并不需要事先受精就可以被排出体外 。栖息环境电镜下的水熊虫,水熊虫在乾燥状态或环境恶化时,身体会缩成圆桶形自动脱水静静地忍耐蛰伏(隐生现象),此时会展现惊人的耐力 。生命力超强,能在冷冻、水煮、风乾的状态下存活,甚至能在真空(vacuum)中或者放射性射线(Radioactive ray)下存活 。分布範围水熊有记录的约有900余种,其中许多种是世界性分布的 。全球几乎都有它的存在,极寒、深海、沸泉里都可以找到它 。生存能力隐身习性缓步动物门具有全部四种隐生(Cryptobiosis)性(即低湿隐生(Anhydrobiosis)、低温隐生(Cryobiosis)、变渗隐生(Osmobiosis)及缺氧隐生(Anoxybiosis)),能够在恶劣环境下停止所有新陈代谢 。缓步动物也因此被认为是生命力最强的动物 。在隐生的情况下,一般可以在高温(151°C)、接近绝对零度(Absolute zero)(最高纪录-272.8°C)、高辐射(High radiation)、真空或高压的环境下生存数分钟至数日不等 。曾经有缓步动物隐生超过120年的记录 。
水熊

文章插图
水熊1、低温隐生低温就会引起低温隐生(Low temperature latent) 。缓步动物能先被冷冻再经解冻而复甦,而且不会对身体造成损坏 。1975年Crowe将活动状态的Macrobiotus areolatus放到2毫升-20°C的水中 。所有实验动物立刻进入小桶状态 。在4°C的水中解冻只需要一分钟 。80%的动物成功甦醒 。神父拉门曾把水熊虫在-200°C的液态空气里泡了20个月,在-253°C的液态氮里泡了26小时,-272°C的液态氦泡8小时 。结果,在之后,水熊虫们像什幺都没发生似的,“复活”了 。一些极地鱼类物种会分泌防冻蛋白,自己体内不结冰 。但水熊虫似乎允许体内结冰,或它能够自我修复 。2、低湿隐生这是最常见的隐生形式,当陆生的缓步动物生活环境开始缺水时即会发生 。但当它们再次接触到水的时候,它们能在很短时间之内重新活动 。包括陆生缓步动物在内,只有它们身处水中才能存活 。如果周边液体被稀释甚至低于体液浓度时,缓步动物就会蜷缩成桶状 。背侧的甲片会层叠在一起,甲片之间的弹性角质层会收缩 。进入所谓的“小桶状态”(Cask Phase)(T?nnchenform) 。在“小桶状态”下,它们的新陈代谢(The new supersedes the old)速度会降低到原来的0.01% 。进入“小桶状态(Keg state)”的首要原因是缺氧(hypoxia) 。实验中停止通风,缓步动物会收缩 。但在水中肌肉的收缩状态不能持久 。所以“小桶”遇水即会重新舒展,但个体会立即进入窒息状态(Asphyxia) 。缓步动物能渡过缺水期有前提,就是该过程是缓慢进行的而且空气湿度不能太低 。乾燥过程太快,缓步动物就没有时间去收缩 。作违背该前提的实验,可以观察到缓步动物紧压在地表,很难复甦 。3、缺氧隐生缺氧隐生发生于缓步动物周遭液体含氧量低于一个阈值(threshold) 。开始的时候缓步动物先收缩,但后来就会伸展到最大状态,同时也是窒息状态,而且它们已没有能力排出进入体内的水分 。一些种类能在缺氧状态下存活五天 。缺氧隐生时缓步动物的新陈代谢状态不明 。4、变渗隐生变渗隐生(Variable percolation)还没有很好的被观察到 。变渗隐生是因为环境的渗透压升高引起的 。Macrobiotus bufelandi在0.4%的盐溶液中仍然能活动 。在15%的盐溶液中它会在9秒之内进入小桶状态 。Echiniscoides sigismundi在淡水中会窒息,但若在三天内将它重新放到海水中,它就会甦醒过来 。高温生存1842年,法国科学家Doyère表示“小桶状态”下的水熊虫可在125°C的水中存活数分钟 。上世纪20年代,神父拉门(G.Rahm),把几只在151°C水中“煮”了15分钟的水熊“复活” 。一些生物会分泌一种叫做“海藻糖(trehalose)”的物质,海藻糖会在细胞内形成一种玻璃状物体,来稳定蛋白等重要物质 。他可以控制水分子在高温下膨胀(细胞中水分子高度膨胀是致命的) 。我们会觉得水熊也使用这种方法抵御高温,但学者托马斯·布思比(Thomas Boothby),只有一些水熊会分泌海藻糖,“一部分貌似并不产生海藻糖,或者是是因糖量太低我们检测不到 。”他还说到:“我们知道,水熊会分泌一种‘保护剂’,但那东西具体是什幺还是个未解之谜 。”胞囊形式在包囊中渡过困难时期并不算是隐生的一种 。在苔藓(Moss and lichen)和乾草(Hay)间生活的,特别是淡水生的种类能够通过这种胞囊的形式渡过困难时期 。在这种状态下缓步动物会缩小成只有原来20%到50%的体积,降低新陈代谢甚至分解部分器官 。该过程伴随有三次连续的蜕皮,结束的时候,动物就会被多层角质层外壳所包绕 。在这种状态下缓步动物能存活一年 。当环境改变回来,该个体能在6到48小时内脱壳而出 。胞囊的形成只会在水中发生 。它远不如小桶状态那样具抵抗能力,而且其水分含量也决定了其不具有抗高温能力 。生存状况德国科隆-波尔兹(Cologne - Paulze)宇宙医学研究中心(Center for medical research in the universe)研究员、参加本次研究的天体生物学家之一彼得拉·雷特贝格说,“我们发现,这两种缓步类动物(Tardigrata)在太空环境中都生活得很好,和在地面上没有多大区别 。但是遭受太空环境和太阳辐射双重考验后的样本,存活率很低 。” 实际上,当最终被放回水中的时候,暴露在太空环境和太阳辐射双重考验下的缓步类动物只有10%存活了下来,并且,所有的幼虫都没有孵化出来 。但是,荣松说,“儘管如此,这也是人类迄今为止发现的第一种在双重暴露下,仍然有样本存活的动物 。”雷特贝格推测,可能是缓步类动物的外层,即皮层,可以帮助它们抵御太阳辐射 。