亿万年前,当地球上最大的食肉恐龙棘龙在陆地上漫游时,微生物就将自己被埋在泥土中。时光辗转,大陆移动,海洋上升和下降,类人猿出现,最终人类进化出挖掘这些古老细胞的好奇心和技能。然而,随着永久冻土融化的速度越来越快,深冻在北极地下的微生物正在苏醒。

发表于《当代生物学》(Current Biology)的一项研究报告指出,俄罗斯科学家在西伯利亚永久冻土层发现一批约2.4万年前的多细胞无脊椎生物蛭形轮虫(bdelloid rotifer),将该些轮虫解冻后,它们不仅成功复活,而且还进行了无性繁殖。
北极微生物库变暖!
古老的北极永久冻土层(已经冻结了两年或更长时间的地层)中,保存了几千或几万年前动动物、植物和微生物栩栩如生的现象,可以为科学家提供一扇了解过去的窗口。

例如,2020年在西伯利亚永久冻土带中发现的一具小型鸟类尸体已有46000年的历史,但看起来“就像几天前死了的一样”;2020年在西伯利亚发现的木乃伊洞熊可以追溯到大约39000年前,仍然可看到一个完好的肉质的黑色鼻子和大部分皮毛。另外研究人员已经复活了在西伯利亚永久冻土中冻结的蛔虫,其中这些蛔虫的年龄可以追溯到30000年前。

来自俄罗斯普希诺生物科学中心土壤冷冻学实验室的马拉文(Stas Malavin)团队从西伯利亚东北部阿拉泽亚河(Alazeya) 附近地下3.5 米处收集永久冻土岩心样本,使用放射性碳测年法确定永久冻土的年龄介于23960至24485年前之间。随后团队解冻样本后,发现一批处于隐生状态(cryptobiosis,即代谢几乎完全停止的状态) 的蛭形轮虫和其他微生物。

资料显示,蛭形轮虫(bdelloid rotifer)是一种生存在淡水环境的多细胞微生物,非常小,需要显微镜才能看到它们。尽管体型微小,但它们以坚韧而着称,拥有抗辐射能力,也能适应低氧、饥饿、干燥、冷冻等严苛环境,并在地球至少存活了5000万年。据早期的实验研究,轮虫可在零下20℃环境冷冻10年再醒过来。
蛭形轮虫的复活和克隆!
为了探索冷冻数万年的蛭形轮虫能否复活,团队分离并解析了永久冻土样本,以确保它们没有被现代微生物污染,然后将一块永久冻土放入装有合适培养基的培养皿中。结果发现,蛭形轮虫在解冻时,它们不仅复活,还能进食,最奇特一点是它们还进行无性繁殖,创造出一批作为其基因副本的克隆体。

当然,一旦蛭形轮虫开始繁殖,团队就无法分辨哪些是古老的、哪些是新生的,因为轮虫在基因上是相同的。而通过遗传分析表明,这种古老的蛭形轮虫是一个新物种,属于Adineta属,与在比利时收集的现代Adineta vagas轮虫关系最为密切(该物种已被用于研究生物如何在太空条件下生存,例如X射线和重离子的辐射)。

团队又随机选择了144只来自样本的已复活蛭形轮虫,并在-15°C温度下再次冷冻一周。当团队将它们与经冷冻与解冻的当代淡水轮虫成员比较时,发现轮虫似乎并无比现代轮虫更抗冻。分析表明,如果冷冻过程相对缓慢,轮虫的细胞可在冰晶形成的情况下受最小伤害底下存活下来,但它们如何能够存活数万年仍是未知数。

不过马拉文表示:“我们的报告是迄今为止最有力的证据,证明多细胞动物可以承受数万年的隐生,这种代谢几乎完全停止的状态。当然,生物体越复杂,冷冻保存起来就越困难,对于哺乳动物来说,目前这是不可能的。不过这些发现可以为未来改进冷冻保存技术--冷冻细胞、组织和器官的过程提供线索。”
古老的微生物正在苏醒!
在过去的10年里,北极的变暖速度如此之快,以至于科学家们现在认为两极变暖的速度是全球其他地区的四倍,这意味着冰川融化和永久冻土融化水平比想象中要更快。其中在西伯利亚和加拿大北部,突然解冻造成了下沉地貌,使得数百甚至数千年来,最古老、最深的永久冻土层首次暴露在温暖的空气中。

对此英国曼彻斯特大学动物学教授科布(Matthew Cobb)指出,这项研究报告指出其他冰封生物的可能性,它们可能也像蛭形轮虫,在永冻土里面生存千万年,可能受到全球暖化影响,永冻土融化而苏醒。不过这不是说可怕的东西会跑出来吃掉我们,但永久冻土正在释放微生物,未知的危险也伴随而来,造成的后果仍然在很大程度上未知。
进化生物学家基恩(Jean-Michel Claverie)认为,永久冻土的深度冻结不仅可以防止碳逃逸,还可以使微生物保持完整。永久冻土层是细菌和病毒保存数十万年的地方,这里没有光(紫外线),很冷,而且也没有氧气。如果你把酸奶放在永久冻土中(保持冷冻状态),相信在10000年后它仍然可以食用。

而实验证明,困在永久冻土中的30000年前的病毒都可以复活,像流感病毒、天花或一些古老的人类感染病毒没理由不能复活。即使是被认为已经从地球上消灭的病毒——比如天花——也可能仍然潜伏在冰冻的某处。这些微生物就像时间旅行者,在人类失去对它们的免疫防御的时代,它们可以茁壮成长。事实上,我们可以从尼安德特人的遗骸中感染疾病。因此我们必须清楚一件事,科学家们完全不熟悉的微生物,可能代表着一种新的威胁。

