刘慈欣的神作《三体》大伙儿就算没看过肯定也听说过了,那真实的三体世界是怎样的呢?什么样的生命,才可能在三体世界存活呢?这种生物我们地球上有的是?
在真实的三体世界里,也就是距离太阳系最近的邻居——半人马座α的三颗恒星间,还真有一颗已被发现的行星,比邻星b。这是一颗和地球差不多大小的固态行星,其表面温度还允许液态水的存在!这不禁让人浮想联翩:“在比邻星b上,会不会真有三体人呢?”
很遗憾,极大概率没有。尽管半人马座的三合星,并没有小说里那么诡异的“三体运动”;但距离比邻星b最近的恒星——比邻星,可以产生特别强的风暴,爆发出特别剧烈的耀斑(比已知最强的太阳耀斑还强几万倍)。这种程度的耀斑,足以把行星的大气层全部剥离,并使液态水全部蒸发逃逸。所以现在科学家认为,比邻星b就是一片生命荒漠。
那么是不是所有生命,都无法在比邻星b上生存呢?你还真别说,有一种神奇的地球生物——水熊虫,就有可能在这儿活着。如果真有三体人,他们没准就类似大号水熊虫形态。这样的话,我们完全可以理直气壮地对三体人说: ??:你们才是虫子!
所谓“水熊虫”,是缓步动物门(Tardigrada)成员的俗称。这是一类小到肉眼很难看见的多细胞动物,体长大多在250~500微米之间(不足1毫米)。迄今已发现了约1100种水熊虫,它们分布极广,主要生活在淡水的沉渣、潮湿土壤以及苔藓、地衣上,少数种类栖息在海边潮间带。
水熊虫圆滚滚的身躯伸出4对足,末端有爪子或吸盘。当它们迈开8条小短腿,有时1秒能走2个体长的距离,叫“缓步”其实有点辱了。它们没有呼吸系统,全身上下都能进行气体交换。大多数水熊虫以藻类、细菌、有机碎屑等为食,也有极少数大型种类会捕食小型的同类。
正如流行段子所说,形似小熊的水熊虫,是抵抗大自然毒打的专家: 缺水?能活!少食?能活!真空?能活!?272.8℃超低温?能活!超过150℃的油锅?能活!人类致死量1000倍的辐射?能活!相当于马里亚纳海沟那么深的高压?能活!被送上外太空……有一部分活下来了,还顺便繁殖了一些小熊。
问题是,活着是活着,生活质量就谈不上了。水熊虫克服这些极端环境的办法,还真跟三体人差不多,那就是“脱水”——专业说法是“隐生(Cryptobiosis)”状态。水熊虫进入隐生状态时,全身缩成一团,排出体内水分,几乎停止新陈代谢,像植物种子一样进入休眠。我们看到的水熊虫逆天表现,都是在这种状态下完成的。
水熊虫的隐生状态可长可短,最多能保持30多年。这期间它们几乎没有生命活动,说是“虽生犹死”也不过分,只有重新回到合适的生存环境才能“复活”。如果不隐生正常生活,它们的寿命只有1~3年,不过对于这么小的生物也算长寿了。
科学家猜测,几亿年前,当水熊虫的祖先从海洋迁徙到陆地时,它们面临的问题是:由于皮肤要兼顾呼吸作用,它们无法像陆生脊椎动物、节肢动物那样进化出防水的体表,无法在陆地上锁住体内水分。于是它们只好另辟蹊径,演化出了“脱水休眠”和“浸泡复活”的能力。如果该理论属实,那么水熊虫接近无敌的生存力,其实是个意外收获!
曾有科学家发表论文,设想什么灾难才能让水熊虫灭绝。答案是:无论对地球生命威胁多大的太空灾难,比如超新星爆发、伽马射线暴,或是小行星撞击地球,水熊虫都能存活下来。唯二的办法,一是把地球上的海洋弄干;二是等50亿年后,太阳变成一颗红巨星时,水熊虫才会和地表一起毁灭。
当然,这种能抗超新星爆发的无敌版水熊虫,还是仅限隐生状态。要是出了点什么系统故障,那就很脆皮了。比如区区蜗牛黏液,就能让它们破防。蜗牛黏液主要成分是水,但在空气中挥发很快。水熊虫接触到蜗牛黏液后,会因为水分而“复活”;可还没等伸胳膊蹬腿舒展舒展,不讲武德的黏液又迅速变干了。水熊虫一看不妙,赶紧二次脱水吧,结果被黏液粘住的它,已经无法正常缩团脱水了,只能等死。
“脱水”这么好使,为啥别的生物不学水熊虫呢?因为难的不是脱水这个过程,而是脱水之后,怎么保证细胞不坏。面对这个攸关生死的问题,水熊虫祭出了三重叠甲大法:第一重叠甲当机体失水、或是温度太低导致细胞内部形成冰晶时,生物细胞膜就会破裂。而水熊虫体内有一种名为“海藻糖”的糖分子,它会在水分离开机体的过程中不断积累,达到一定浓度后形成超黏稠环境。
这时即使细胞损伤仍会累积,但这种累积会缓慢发生,不至于一下子就破坏细胞外膜。不过海藻糖并非水熊虫专属,许多生物体内都有。接下来,才是水熊虫的绝学:第二重叠甲光保护细胞膜还不够,水熊虫能合成与众不同的“内在无序蛋白质(IDPs)”。隐生状态开启时,这些蛋白质就不断填满水熊虫细胞,把细胞内部变得像蜂蜜一样黏稠。这种“黏糊大法”是什么原理?
蛋白质大多是像锁链一样的长分子,然后按照一定的规律扭曲、折叠成几类形状。无序蛋白却正如其名,对折叠形状没有固定倾向性,而是看似随机地飘来荡去,所以能变成特殊形态。有了它们制造的超黏稠环境,那些“规规矩矩”的蛋白质展开、分解就会变慢,从而保护细胞内部。第三重叠甲水熊虫体内还有一种名为“损伤抑制蛋白(Dsup)”的蛋白质。
Dsup 能与细胞内的染色质和DNA相结合,从而形成保护性“云层”,使其免受电离辐射或其他有害物质破坏,保护基因传承。
除了通用秘籍,有些种类的水熊虫还另有门道。比如生活在炎热地区的Paramacrobiotu属水熊虫,当地的紫外线辐射强烈,于是它们演化出了一种体表之下的荧光细胞,能将紫外线转化为无害的蓝光,给自己全身抹上一层终生有效的“防晒霜”。
水熊虫这么辛辛苦苦叠防御甲,但在脱水过程中,细胞外膜多多少少还是会有破损、泄漏。这一定是坏事吗?也不尽然。当水熊虫重新补充水分时,仍处于泄漏状态的细胞膜,可能会让外界环境中的某些DNA进入细胞,嵌入自己的基因组中。这些DNA,大多数来自植物、细菌、真菌和古生菌等。什么,DNA还能混搭?当然可以,其实人类体内也有外源DNA,只不过比例很有限(病毒就是贡献者之一)。相比之下,水熊虫就“开源”多了。
它们体内大约1/6的DNA都来自外源,堪称自然界的头号“DNA盗贼”。而被它们盗取的对象,也个个都是严苛环境下绝地求生的好手(不然DNA早就在这些生物死后被破坏了),它们会让水熊虫集百家之长、变得更强。上述那些稀奇古怪的叠甲法,很可能就来自这些外源DNA。