「地上最強」水熊蟲曾多次獨立演化隱生抗壓能力

約 0.05 至 1.2 毫米長、俗稱水熊蟲的緩步動物 (Tardigrades) 幾乎可以生活在地球上任何有液態水的地方:海洋、河流和湖泊,以至森林中潮濕的地衣和苔蘚叢上。水熊蟲還可以忍受對大多數生命形式致命的環境,例如在 151°C 高溫、接近絕對零度的 -272.8°C 極端環境、超高壓力、紫外線 (UV) 輻射、太空真空時進入休眠狀態不死,因此有地上最強生物的稱號。

為更了解這些「超能力」,學界已發現許多可能有助水熊蟲成為「地上最強生物」的個別基因。然而,這些適應力從何而來哪裡、如何以及為何會演化出來呢?最新刊於《基因組生物學與演化》的研究則分析了已知的水熊蟲基因,發現古代水熊蟲兩次從海洋環境過渡到陸地環境,隨後在陸地上進行許多獨立的適應力應對缺水環境。

水熊蟲難以死亡的關鍵在於 4 種隱生性 (cryptobiosis) ,在這種狀態下,水熊蟲可暫時停止其新陳代謝,幫助牠們承受惡劣環境。這 4 種隱生性分別是低濕隱生 (anhydrobiosis) 、低溫隱生 (cryobiosis) 、變滲隱生 (osmobiosis) 及缺氧隱生 (anoxybiosis) 。

過往的研究已經確定水熊蟲特有的多個基因家族,這些基因家族與低濕隱生有關,其中包括一些與熱溶性蛋白質相關的基因,以及一些也存在於其他動物的抗壓基因。不過這些發現只屬皮毛,對於水熊蟲的演化和生態學的了解,人類仍有很多未明之處。

為填補知識上的空白,是次團隊鑑定了 13 個緩步動物屬的 6 個基因家族的序列,其中包括兩個主要綱真緩步綱和異緩步綱的成員,讓團隊可以建立首個水熊蟲演化樹。由於低濕隱生可能對陸上水熊蟲較其海洋近親更有用,因此團隊希望找到這些家族的基因重複與水熊蟲棲息地變化之間的關係。

團隊指,在這些基因家族中發現的獨立低濕隱生基因重複數量非常多,表明與低濕隱生相關的演化比之前想像的要複雜得多。團隊又表示,這些由獨立獲得和損失基因組成的複雜演化網絡,不一定與現代陸上物種生態相關。而根據兩個主要緩步動物綱的基因家族分佈,團隊認為,在水熊蟲歷史上,該兩個綱的祖先各有  1 次從海洋到陸地棲息地的獨立演化。

雖然研究有助增進人類對水熊蟲低濕隱生歷史的了解,但仍有許多東西我們不了解,尤其是一些關鍵水熊蟲譜系的數據很少或不存在。

來源:

Science Alert, Tardigrade Genes Reveal a Strange History of Their Crazy Survival Skills

報告:

Fleming, J.F., Pisani, D. & Arakawa, K. (2024). The Evolution of Temperature and Desiccation-Related Protein Families in Tardigrada Reveals a Complex Acquisition of Extremotolerance. Genome Biology and Evolution, Volume 16, Issue 1, January 2024, evad217. doi: 10.1093/gbe/evad217

文/AC

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