【於慶中/綜合報導】「生命會找到出路」。科學家早已證實,當自然環境條件不利生存時,有些生物體會進入暫停代謝的「隱生」(cryptobiosis)狀態,讓生物體能夠長期保存,直到條件許可時再從假死中復甦。一個由跨國科學家組成的研究團隊,早先在俄羅斯西伯利亞永久凍土的一個洞穴中取得土壤樣本,發現其中有遭冰凍保存良好的線蟲(nematode),取出至常溫狀態下條蟲竟然恢復生命跡象,不但在培養皿上移動、 進食,甚至產卵繁衍下一代,研究人員十分振奮,但也有許多科學家公開表示擔憂。
綜合《華盛頓郵報》、《Newsweek》與《NewScientist》報導,俄羅斯籍土壤科學研究所研究員莎蒂洛維奇(Anastasia Shatilovich),2017年在西伯利亞東北部杜瓦尼亞爾(Duvanny Yar)的永久凍土區、一個位於地表下130英尺(約39公尺)深的地鼠洞中,發現一群被冷凍的線蟲,她將這批冷凍線蟲送往位於德國的馬克斯普朗克研究所(Max Planck Institutes),並請該所分子細胞生物學與遺傳學榮譽教授庫茲查利亞(Teymuras Kurzchalia)協助加以分析。
莎蒂洛維奇利用放射性碳測年法(radiocarbon dating),判定該處的土壤已有約4.6萬年歷史介於45839年至47769年前,屬於地球的上一個地質時代「更新世」(Pleistocene)後期,研究人員初步發現,這批被冰封的線蟲應分屬為2個品種,為了進行更深入的研究,在緩緩加水解凍的過程中,意外發現其中一條線蟲竟然「復活」動了起來。
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這項歷時6年的研究結果,上周四(27日)以《來自西伯利亞永凍層的新線蟲物種的隱生生存適應性機制》(暫譯,A novel nematode species from the Siberian permafrost shares adaptive mechanisms for cryptobiotic survival with C. elegans dauer larva)為題,正式發表在公共期刊《PLOS GENETICS》中。
報告指出,當時這條「復活」的線蟲,不但在培養皿上爬行,還有明顯的進食與排泄,更在不久後產下超過一百顆卵並順利孵化,之後死亡。線蟲的平均壽命本就不長,大多不到一個月,同時線蟲是少數的「孤雌生殖」(即單性生殖,parthenogenesis)生物,雌性動物的卵子不經過受精,就可單獨發育成後代,是無性生殖的一種。
線蟲是地球上最普遍的生物之一,廣泛棲息於土壤、水與海底。經過DNA定序後發現,這是一種從未被發現過的線蟲品種,研究小組將其正式命名為Panagrolaimus kolymaensis。但美國佛羅里達大學(University of Florida)線蟲學教授克羅(William Crow)指出,雖然他並未直接參與這項研究,「但地球上絕大多數的線蟲品種仍未被描述」,此次的發現可能是一種已經滅絕的古老西伯利亞品種,「但也很可能是一種廣泛存在、卻尚未被研究人員分類鑑定命名的品種」。
美國北卡羅來納大學融合科學研究所(Institute for Convergent Science)所長科本哈弗教授(Prof. Gregory Copenhaver)認為:「在經過如此長的時間還能存活,是一件令人震驚的事」,「4萬6千年過去了,他們發現的這個單一有機體,在這段漫長的時間中始終存在」。
德國科隆大學(University of Cologne)動物學研究所希弗教授(Prof. Philipp Schiffer)表示,線蟲的長時間存活令人驚嘆,更重要的是應找出這些微小的紡錘形生物是如何透過休眠以在極端環境中生存的機制,「復活這些生物的方法其實相當簡單。研究人員解凍土壤,注意不要加熱得太快,以免線蟲直接被煮熟,之後蟲體開始蠕動、吃掉實驗室培養皿中的細菌,並開始繁殖」。
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這次線蟲成功復活的案例,創下人類有紀錄以來以「隱生」狀態復活最古老動物的紀錄,先前隱生最久的例子是年初才發現的「水熊蟲」(water bear),也僅是在冷凍30年後復活。早先有研究證實有細菌孢子在經過超過4千萬年休眠仍復活的紀錄,但單細胞與多細胞生命體間的差異極大。
庫茲查利亞表示:「我們才剛剛開始了解『如何停止生命之後再重新啟動』的過程是如何發生的。如果我們能理解線蟲的機制,也許就能在人體細胞和人體器官中找出方法,或許有些實際應用可以在數十年內完成,例如產出可以長期保存的細胞系,甚至幾個世紀後能夠為人類做到這一點。但對今天來說,一切仍是有如科幻小說」,「我們必須要先了解這個機制,然後從這個機制出發,找出可以適用的事情」。
隨著科學進步,近年來已有許多曾被認定「已滅絕」的生命體,透過各種不同的方式而「復活」,雖然這些消失許久的生命體在現代的環境下未必能存活多久,但這也仍使得當代生物面對未曾交手過的細菌病毒的風險與威脅,特別是在全球暖化加速,極端氣候使得高海拔與高緯度地區原本冰封的「永凍層」(permafrost)融化,可能已有許多未曾被發現過的生物因此復活,這對人類,甚至整個地球環境都帶來難以預料的威脅。
2016年,俄羅斯西伯利亞北部亞馬爾(Yamal)半島爆發了炭疽病(Anthrax)疫情,造成超過2300頭馴鹿死亡,至少72人被送醫治療,其中包括41名兒童,並有1名男童死亡。原因就是當地的永凍土在高溫下解凍,露出一具帶有炭疽桿菌的馴鹿屍體。專家證實,那頭馴鹿至少已經已因感染炭疽病死亡75年,但在屍體解凍後,體內的炭疽桿菌卻恢復機能釋放孢子,當時為了有效控制疫情,大舉撲殺了超過25萬頭馴鹿,佔當地馴鹿族群的三分之一。
今年初,法國學者從西伯利亞7處永凍層取回的樣本中,分離出多株古代病毒,發現這些病毒仍都能感染單細胞的阿米巴原蟲,當時這些「殭屍病毒」(zombie virus)的現世也引發高度關注。但也有流行病學家指出,和已絕跡的古老疾病相較,人類更應擔心的是現存病原體因暖化而大規模擴散、突變造成基因重組,甚至重新演化等未知因素。
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