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到底地球上最強的生物是什麽?小強?暴龍?甄子丹?超人?統統不是,答案是 ——「水熊蟲」。牠是一種體型極小的生物,必須用顯微鏡才能看清牠的面貌,可是生命力卻超級頑強,不單能抵受核輻射,更能在太空環境下生存,是最接近「不死」的生物之一!

「水熊蟲」或俗稱「苔蘚仔豬」,學名 (Tardigrades);早在 1702 年,荷蘭生物學家 Anton van Leeuwenhoek 就給「倫敦皇家自然知識促進學會」(Royal Society of London for Improving Natural Knowledge) 寫了一封信,題為【在屋頂排水溝的沉積物中發現的某些動物】。信的內容,是描述他從排水溝裡取出一些既乾燥,看來毫無生氣的灰塵,然後加水,再使用自己設計的顯微鏡觀察,發現在一個小時內,有許多「小動物」變得活躍起來,開始游泳和緩慢爬行。

1773 年,德國一位動物學家 Johann August Ephraim Götze 也在研究紀錄中描述,他把雨水槽的沉積物加水後放在顯微鏡下觀察,發現有數以百計小熊形狀的有趣小生物再次活躍地在水中游來游去,於是稱其為「Kleiner Wasserbär」〔小水熊〕。

1777 年,意大利生物學家 Lazzaro Spallanzani 發現這些「小水熊」能在缺水的環境下慢慢進入「休眠」狀態,遇水郤又能「復活」;因為牠們移動得非常緩慢,於是將牠們正式命名為「tɑ:r d ɪ ɡ ř ə d ə」 (Tardigrades) ,意思是「緩步動物」。

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頑強的生命力

「水熊蟲」其實已經很古老,牠們的化石可以追溯到 5 億多年前的「寒武紀」(Cambrian Period) 時期,至今有記錄的約有接近一千個品種,在完全成長時通常長約 0.5 毫米〔0.02 英寸〕,體型短而豐滿,有四對腿,每條腿末端都有爪子〔通常有四到八個〕及吸盤,看上去像「有八條腿的小熊或豬」,普遍存在於苔蘚和地衣中,以植物細胞、藻類和小型無脊椎動物為食。

不過這種小生物的生存能力原來相當頑強,由赤道到南極洲,喜馬拉雅山峰〔海拔 6000 米以上〕到海溝深淵〔海拔 -4000 米以下〕都可以找到牠們的蹤影。

1922 年,一名德國科學家 H. Baumann 發現,當「水熊蟲」處於沒有食物、沒有水甚至沒有氧氣又或各種極端環境時,就會捲曲身體,幾乎排出體內所有水分,新陳代謝減慢到正常速度的 0.01%,體積只有正常情況的一半,同時八條腿也會縮起,然後進入一種與死亡非常相似的蟄伏「隱生狀態」(Cryptobiosis) 〔現在普遍稱為「tun」〕,「扛」過惡劣環境,只要加一點水就能復活,生命力比病毒還強。

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二十年代時期,德國弗萊堡大學 (Universität Freiburg) 的研究員 Gilbert Franz Rahm 把處於「tun 狀態」的「水熊蟲」分別加熱到 151°C 十五分鐘 〔只有「厭氧菌」(Anaerobicbacteria) 跟「水熊蟲」才能在如此高溫下仍然生存〕 和浸入 -200°C 的液態氣中 21 個月、-253°C 的液氮中 26 小時,以及 -272°C 的液氦中 8 小時。結果發現,只要恢復常溫並給予水分,「水熊蟲」就會復活並再度緩慢地步行。

1948 年,意大利動物學家 Tina Franceschi 聲稱,把收藏在博物館達 120 年的「苔蘚類」(Bryophyta) 標本添加水分後,藏在其中的「水熊蟲」又能甦醒過來恢復活動狀態。

1964 年,有科學家將「水熊蟲」暴露在 57 萬「侖琴」(Rontgen) 的致命「X-射線」(X-Ray) 下,發現它們仍然可以存活。後來的實驗更發現,有部份「水熊蟲」即使不是處於「tun」狀態下也可以承受超越人類可承受逾千倍的 α、γ 和紫外線輻射。

1998 年,日本神奈川大學 (Kanagawa University) 研究員 Kunihiro Seki 和 Masato Toyoshima 的研究報告指出,「水熊蟲」可以承受 600「兆帕」(MPa) 的壓力〔大氣壓力的 6000 倍〕而安然無恙,這樣的壓力已大到能將蛋白質和 DNA 撕裂。

Toyoshima 表示,『要知道海洋最深處是位於太平洋「馬里亞納海溝」(Mariana Trench) 的「挑戰者深淵」(Challenger Deep),其深度為 10,994 m。在那裏水壓約為 100 「兆帕」,不知何故,「水熊蟲」可以承受六倍這種強大壓力,這種小生物太不可思議了!』

在往後的研究中,有科學家曾經在的鹽礦中發現冬眠了幾百年的「水熊蟲」,只要給予牠們水分就能甦醒並繼續活動,證實牠們能長時間抵受高濃度鹽分。牠們也可以在微波爐活上非常長的時間,人類在相同強度的微波下,不到一分鐘就會被烤熟了。「水熊蟲」也能身處在 PH 值為 1 的強酸以及 PH 值 13 的強鹼下安然無恙,人類則會被溶化得連骨頭都沒剩下來!

不只如此,「水熊蟲」也是目前唯一已知可以暴露在真空的太空環境中生存的地球生物。

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2007 年 9 月中旬,「水熊蟲」在 FOTON-M3 任務中,在低地球軌道的太空環境中經歷了十二天,回到地球給予牠們水份之後,超過 68% 的「水熊蟲」倖存下來,有的雌性甚至已經在太空中產卵,剛孵出的幼崽也很健康,還有少數在暴露在太陽輻射後也能存活下來。

2011 年 5 月,意大利的科學家將「水熊蟲」與其它嗜極微生物搭乘「奮進號 STS-134」〔也是最後一次穿梭機飛行任務〕進入太空,研究結論是微重力和宇宙輻射『對「水熊蟲」的影響不大,確認牠們能在太空研究中扮演重要的角色。』

北卡羅萊納大學教堂山分校 (University of North Carolina at Chapel Hill) 的極端微生物研究員 Thomas Boothby 指,『當「水熊蟲」開始變乾時,牠們會製造一種特殊保護劑,使牠們能夠在極端環境下生存,至於這些保護劑究竟是什麼仍然是個謎!』

而更令人費解的是,「水熊蟲」並非「嗜極生物」(Extremophile),並不是喜歡極端環境,最喜歡簡單的待在苔蘚和地衣中,牠們只是忍耐力夠強而已,甚至不一定要處於「tun 狀態」,至於牠們為何能發展出這種超強能力同樣是個謎!

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「創世紀號」墜毀地點

 

槍擊實驗

2019 年 2 月 21 日,以色列的月球探測器「創世紀號」(Beresheet) 嘗試登陸在月球澄海 (Mare Serenitatis) 北端失敗,船上攜帶的「Arch Mission Foundation」研究樣本〔包括數以千計沉睡的「水熊蟲」〕散落到月球表面,科學界不少人擔心意外會污染月球環境,然而墜毀的衝擊力會否將「水熊蟲」殺死,卻一直無人能確定。

2021 年 5 月,因應這次月球表面墜毀事件,英國肯特大學 (University of Kent) 研究人員忽發奇想,決定測試「水熊蟲」在高速重擊下是否也能生存。天體化學家 Alejandra Traspas 和天體物理學家 Mark Burchell 因此就設計了一個比較人道的實驗來尋找答案。

他們先餵食「水熊蟲」苔蘚,再冷凍令其進入「tun 狀態」,新陳代謝下降到正常速度的 0.1%。之後研究人員使用兩段式輕氣槍(Two-stage light gas gun)〔其實是炮吧!!〕,把「水熊蟲」當子彈,以 550 米/秒到 1000 米/秒兩種不同速度,射向一個模仿月球表面的砂質標靶。

結果發現,水熊蟲能夠承受 825 米/秒的撞擊,在瞬間衝擊壓達到 1.01 GPa 〔Gigapascals〕的情況下存活;但當速度達到 901米/秒,瞬間衝擊壓達 1.14 GPa 的時候,「水熊蟲」就撐不住了。

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大家可以看到 a b 圖〔上面兩張圖〕為實驗前的水熊蟲,c 圖〔左下角〕是在 728 米/秒的撞擊後存活下來的水熊蟲,d 圖〔右下角〕是 901 米/秒撞擊後的水熊蟲,已經撞成碎片了。

研究報告指出,在低速和中速撞擊後倖存的水熊蟲,比冷凍狀況復甦的對照樣本需要更長的時間修復,代表「水熊蟲必須克服一定程度的內部損傷」,目前也還不清楚活下來的水熊蟲能否繼續繁殖,但也是未來可以研究的課題。研究報告又指,「創世紀號」探測器墜毀時的衝擊力恐怕超過這程度,所以相信那些「水熊蟲」樣本不會活下來。

Burchell 認為,此研究結果對「胚種論」(Panspermia) 也有相當重要的影響,雖然「胚種論」在現實中難度很高,但並非完全不可能。

「胚種論」認為,生命是在一些行星、衛星的小行星遭撞擊後彈射到宇宙,並透過隕石在宇宙各地旅行,並落在適合生存的星球繼續繁衍。

Traspas 也認為,這項研究對探測其他行星生命也產生影響,當太空船經過「水世界」(water worlds)的星球,例如「木衛二」(Europa) 和「土衛二」(Enceladus) 時,就可以透過太空船噴出的「冰煙流」(Icy plumes) 來收集跟「水熊蟲」有相同耐力的潛在生物,而不會殺掉牠們。

雖然「水熊蟲」強得很誇張,再怎麼難殺死,但這並不代表牠們就沒有天敵和不會被獵殺,「水熊蟲」的天敵包括其他同類、線蟲 (Nematode)、蟎類 (Mites)、蜘蛛 (Spider)、彈尾目 (Collembola) 和昆蟲的幼蟲。

諺語「一物治一物」還是有其道理的,因為如果有一種生物既可以在嚴酷的環境下生存又沒有天敵,那就太可怕了!

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