水熊占領月球?

劉聲遠

2019年4月11日，午夜剛過，在以色列航天飛行控制中心里，每個人都目不轉睛地盯著兩個大屏幕。其中左側屏幕上顯示的是由準備登陸月球的機器人登陸器創世紀號正在傳回地球的數據流，而創世紀號是以色列首部私人月球登陸器。在右側屏幕上，顯示的是準備在月面“平靜海”位置軟著陸的創世紀號點燃發動機的模擬畫面。但就在計劃登陸時間之前幾秒，左側屏幕上的數字滾動停止——控制中心失去了與創世紀號的聯系，創世紀號墜向月面。

在世界另一邊，斯皮瓦克在美國洛杉磯市的一間會議室里觀看創世紀號控制中心發來的直播。作為致力于創建“后備地球”的非營利組織“主要任務基金會”的締造者，斯皮瓦克在創世紀號任務中下了重注。創世紀號搭載著該基金會的第一個月球圖書館——一張DVD大小的數據庫，其中包括3000萬頁的信息、人類DNA樣本和數千只水熊（微型緩步類動物，可在包括太空在內的幾乎所有環境中生存）。在以色列證實創世紀號墜毀于月面后，斯皮瓦克面臨一個棘手問題：最堅韌的動物——水熊是否散布在了月面？

最后一刻的決定

在創世紀號墜毀后幾周里，斯皮瓦克召集“主要任務基金會”的顧問們一起商議創世紀號搭載的月球圖書館是否也毀了。根據他們對創世紀號飛行軌跡和月球圖書館組成的分析，斯皮瓦克確信由薄鎳片制成的月球圖書館至少大部分完整地挺過了這場災難。事實上，當初決定把DNA樣本和水熊納入該圖書館，有可能正是該圖書館能夠幸存的關鍵所在。

致力于創建“后背地球”的斯皮瓦克。

月球圖書館（示意圖）。

斯皮瓦克說，在得知創世紀號墜毀后的24小時里他們非常驚訝，因為他們期望并相信這次任務會成功。雖然他們深知有風險，但真沒想到風險會這么大。斯皮瓦克對太空探索中涉及的風險并不陌生。20世紀90年代后期，大企業家斯皮瓦克乘坐俄羅斯空軍飛機到達過太空邊緣，并成為美國首家商業化拋物線飛行（即太空飛行）運營者——“零重力公司”的投資者。但在斯皮瓦克于2015年創辦“主要任務基金會”時，他希望做另一件事——刨建可持續至少幾千萬年的所有人類知識檔案，并且把它們傳播到地球和整個太陽系。

2018年，該基金會把自己的首個檔案放在美國富商馬斯克研發的太陽軌道器特斯拉號上的雜物箱中進入了太空。如今，特斯拉號正在一個周期為3000萬年的軌道中環繞太陽運行。該檔案中包括美國著名科普作家阿西莫夫的基地三部曲，這些作品通過由英國南安普頓大學物理學家研發的一種創新性印光學技術銘刻在一張石英碟片上。但石英碟片作為存儲介質有多個缺陷。數字技術和加密標準對于把大量信息壓縮進一個微小空間來說很有用，但這些信息是短命的：以前人們用錄像帶記錄影像，而今天還有多少人會播放錄像機？很多錄像帶已經報廢。石英碟相當于改進了的錄像帶，因此不難想象石英碟也會報廢。為了創建能持續幾千萬甚至幾億年、幾十億年的檔案圖書館或者信息庫，就必須依賴模擬技術。

但模擬要占用大量空間，這意味著要把巨量人類知識送進太空就需要巨量壓縮。為此，斯皮瓦克向研發了一種在鎳片上銘刻高像素納米規模圖像技術的科學家布魯斯求助。布魯斯先用激光把一幅圖像刻在玻璃上，然后一個接一個地把鎳原子存放在玻璃表層。在由此形成的鎳膜中的圖像是全息的，可通過千倍放大鏡觀看，而放大技術已經存在了好幾百年。

創世紀號上的月球圖書館由25層鎳組成，其中每層厚度僅為幾微米。前4層包含大約6萬幅高像素書頁圖像，其中有語言入門指南、教科書和用于打開其他21層的密鑰。這21層包含英語大百科全書幾乎所有內容和上萬冊經典書。斯皮瓦克原本沒打算在創世紀號上放置DNA樣本，直到把月球圖書館交給以色列之前幾周他才決定在創世紀號上放一些DNA。布魯斯和斯皮瓦克團隊一位工程師在每層鎳之間添加了一個薄層的環氧樹脂，這種合成樹脂與保存遠古昆蟲的琥珀——樹脂化石作用相同。在這些環氧樹脂中，塞進了斯皮瓦克本人和其他24人的毛囊和血液樣本（斯皮瓦克說這些人代表了人類祖先的多種基因樣本），還塞進了一些脫水的水熊。在與月球圖書館連接的帶子上還有另外數千只已經脫水的水熊。

水熊會活下來嗎？

斯皮瓦克說，這些水熊將來有可能會復蘇。水熊可進入休眠狀態，在此期間代謝停止，水熊體內的一些蛋白質將水熊細胞內的流體轉化為一種玻璃樣物質。科學家曾經復蘇過脫水時間長達10年的水熊，而在一些情況下水熊哪怕脫水比10年還長得多也能復蘇。雖然月球圖書館設計目的是能持續存在至少幾千萬年，但科學家才剛開始了解水熊為什么能在眾多逆境中生存。可以設想，隨著科學家對水熊了解更多，就會找到更多辦法讓水熊在脫水很長時間后復蘇。

斯皮瓦克說，在最后一刻才決定把填充了DNA的環氧樹脂添加到月球圖書館是一大風險，因為添加過程中的任何失誤都可能損毀鎳層中的雕刻。但現在來看，可能恰恰是這一添加才讓月球圖書館避免毀于一旦：樹脂層大大增加了月球圖書館的強度，從而讓該圖書館在創世紀號撞擊月面時分崩瓦解的可能性更低。斯皮瓦克還說，撞擊產生的熱根本不足以熔化鎳層，這些鎳層本身被多個保護層覆蓋以阻擋輻射。這樣一來，月球圖書館就可能是創世紀號在這次任務中的唯一幸存部分。

在最好情況下，創世紀號會在墜毀時將月球圖書館彈出。現在月球圖書館完好地躺在創世紀號墜毀現場附近某個位置。斯皮瓦克說，就算月球圖書館已經瓦解，他的團隊分析也表明這些碎片大得足以提取前4層的大部分模擬信息。至于月球圖書館中的DNA或水熊是否依然完整，那就只能靠猜了。但斯皮瓦克指出，沒必要擔心水熊會占領月球。未來宇航員在月球上發現的任何水熊都必須被帶回地球或帶到其他有大氣層的地方才能充水、復蘇。到時候水熊能否復蘇還是個問號，畢竟這些水熊將會在脫水狀態下待多久是未知數。

根據美國自己的武斷標準，斯皮瓦克及其基金會在月面留下DNA和水熊的做法并不違法。美國宇航局行星保護署根據任務目標是否有助于了解生命本身來判定任務是否合法。根據此標準，前往火星等地的飛行器的消毒程序比前往月球的飛行器要嚴格得多，原因是月球上幾乎不存在生命支持條件，因而不存在污染風險。事實上，斯皮瓦克并非是在月球上留下DNA的第一人，而美國宇航局阿波羅號任務中的宇航員才是——他們返回地球之前在月面上留下了100袋人類排泄物。

“不違法”對斯皮瓦克來說是個好消息，因為他希望把更多DNA融入未來前往月球和更遠處的多個圖書館中。2019年秋季，“主要任務基金會”發起眾籌征戰，征集志愿者和瀕危物種DNA樣本參與下一次月球任務。此外，斯皮瓦克也計劃發射采用合成DNA編碼的海量信息。DNA存儲的優勢在于很容易大量復制樣本，以及在一小瓶液體中裝入天量樣本。事實上，“主要任務基金會”已經找到了通過合成DNA來編碼英語大百科全書的方法，如此編碼的大百科全書將搭載2021年發射的一艘私人登陸器登陸月球。

水熊吞吃垃圾處理廠廢物。

斯皮瓦克說，他的基金會致力于對地球的硬支持，旨在保護地球遺產，即人類的全部知識財富和生物學。他說，地球人必須未雨綢繆，創建整個地球的備份是應該的。面對氣候劇變趨勢、核戰陰影和殺手小行星威脅等，創建人類文明的備份并非杞人憂天，多此一舉。也有人指出，雖然實際情況并非如此悲觀，但斯皮瓦克要建立地球財富備份的創意依然值得贊賞。

（責任編輯 程輝）

水熊八大驚奇

水熊不是熊，卻是很驚人的動物。它們小小、圓胖、可愛的身體只有0.05～1.2毫米長。它們可以脫水數年，復蘇后身體完好無損。它們能夠忍受其他絕大多數動物都忍受不了的極熱和極寒，甚至還能忍受太空輻射。這里簡介水熊的8大驚奇。

基本上只有腦袋

所有水熊都擁有圓胖、緊湊的身體，由4個體節組成，每個體節上都有一雙腿，腿上有爪子。水熊圓胖的腦袋端部有一張帶牙齒的圓形嘴巴。水熊體節與其他節肢動物身體之間的關系難以確定，、一種解釋是水熊實際上就只有腦袋和腿。在進化歷史上某個時點，水熊失去了與體節發育有關的多個基因，也失去了對應于其他節肢動物胸、腹的多個身體部分。水熊今天所具有的“分節”的身體方案與其他節肢動物的頭節很相似，這表明進化歷程中獲得頭部的方式并非單一。換句話說，既可以只有腦袋沒有身體，也可以既有腦袋也有身體。

能忍耐極寒和極熱

水熊能耐受-200～149℃的溫度范圍，它們通過排除體內水、收回肥胖肢腿、蜷縮成脫水的球狀來做到這一點。威脅解除后，它們再度充水，恢復正常，看起來就像不曾遭受任何傷害。根據2017年發布的一項研究結果，能持續產生一種特殊蛋白質的水熊成功復蘇的概率高于并不一直產生這種蛋白質的同伴。也就是說，這種特殊蛋白質可能正是水熊能忍耐極熱和極寒的關鍵之所在。

卵上可能有爪子

水熊可在地球上幾乎任何有水的地方生存，最近在日本一個停車場發現了一個水熊新種。迄今為止已經發現超過1000種水熊。水熊大多分布于苔蘚和地衣中。在日本發現的新種水熊之奇特并不在于它是在城市中被發現的，而在于它的卵的頂部有意大利面條形狀的扭動卷須。這些卷須有可能讓水熊產下的卵能附著在地面上。

一出生就成年

水熊至少在5億年前就已存在。1937年，科學家首次發現水熊一孵化就具備成年體態，只不過剛孵化的水熊個頭比成年水熊小。水熊的許多種節肢動物親戚都不是這樣，后者的幼時體態和成年后的明顯不同——例如蛆變成白蟻，毛毛蟲變成蝴蝶或蛾子。水熊一生要脫皮多次，以適應身體變大，但它們一生中體態都不變。

凍結幾十年也沒關系

有一種水熊當中的兩只在科學家的冰箱中呆了30年之久后成功復蘇，其中一只立即忙碌起來。這兩只水熊被提取自苔蘚中，自1983年以來一直被儲存在-20℃的條件下，它們沒有顯示出任何代謝跡象。但被重新充水僅一天后，其中一只就伸展肢腿，22天后其體內就有了卵子。它最終產卵19只，產生了14只活體水熊。

自帶“宇航服”

水熊不僅能忍受極端溫度，還能耐受高達最深海底壓力6倍的壓力。但這些還不是水熊卓越生存能力的全部。根據2008年發布的一項研究結果，未經過濾的太陽輻射和太空真空也奈何不了水熊，而能做到這一點的生物少之又少。在高于海平面25.8萬～28.1萬米的低地球軌道中，兩種脫水的成年水熊及其卵子分別暴露在真空和輻射環境中10天后成功復蘇，但暴露在輻射中的水熊存活率明顯低些。

壽命可能超過太陽

科學家模擬過人類滅絕的災難性場景，包括超新星爆發燒毀地球、太陽膨脹成紅巨星吞沒地球和大質量小行星撞擊地球。但在其中每一種情況下，水熊都安然無恙。從這個意義上說，水熊堪稱生命“永垂”。可以設想，就算太陽壽終正寢，水熊依然存在于世，如果那時候太陽和地球都沒了，水熊會在哪里？無人知道，而我們知道的是雖然水熊個體的自然壽命只有兩年半，但水熊作為一個物種整體真的是“不死”的。

激發新型玻璃研發

一種可能提高太陽能電池和LED燈效率的新型玻璃的研發，源于水熊對科學家提供的靈感。當水熊排出體內一些水分、進入休眠狀態時，只發現于水熊體內的一些蛋白質將水熊細胞內的流體轉化為一種玻璃樣物質，保護生理結構一直到水熊復蘇。受水熊的這一能力激發，科學家在2015年研發了一種玻璃材料，其高度組織化的分子結構與晶體和玻璃的更相似。這些“定向”分子可能在捕捉和引導光線方面更有效，從而提高光導纖維、LED燈和太陽能電池等裝置的性能。

水熊可能拯救全球疫苗和血液供應

科學家2019年3月中旬宣布，看似微不足道的神奇生物水熊卻可能保守著拯救無數人生命的秘密。

大多數興旺于極端環境中的生物之所以能如此興旺，是通過產生一種特殊的糖——海藻糖來避免自己脫水而實現的。奇隆的是，大多數種類的水熊缺乏這種糖。但水熊擁有富含細胞溶質的熱熔性蛋白，而且熱熔性蛋白只發現于水熊，這就把水熊與地球上其他極端生物（能存活于極端環境中的生物）區分開來。美國北卡羅來納大學生物學家布思比的團隊發現，當水熊缺水時，它們就加緊產生熱熔性蛋白。在極端條件下，熱熔性蛋白創建凝膠狀的3D網絡，它阻止水熊的其他蛋白解折疊（也稱變性），也阻止其他蛋白相互合并，而解折疊和相互合并會引起細胞死亡。布思比由此想到：熱熔性蛋白是否能夠被用來保護人類依賴的那些脆弱的蛋白，例如疫苗和血液銀行中血液的蛋白？事實上，疫苗和血液銀行中的血液都基于蛋白，都需要低溫保存才能保持活性。醫學專家把溫控的疫苗及其他基于蛋白的藥物的供應鏈稱為“冷鏈”。

科學家指出，我們急需卻又缺乏安全和穩定保存細胞及生物試劑（例如生物酶）的新技術，在把藥物和試劑送往偏遠地區及缺乏維持冷鏈基礎設施的地區時尤其如此。由于水熊的極端抗壓能力，它們有可能為這一難題提供思路。布思比指出，發展中國家疫苗開發項目中大約90%的成本來自于保持疫苗低溫的花費，如果水熊蛋白能保護基于蛋白的藥物，就無需冷鏈來保持疫苗穩定。這對于發展中國家來說意義重大。

目前，布思比團隊正與一家致力于開發細胞穩定技術的生物技術公司合作，嘗試為制藥廠提供水熊蛋白。如果成功，該研究就可能會讓在發展中國家和軍事地區（這兩者都可能缺乏可靠的冷鏈）維持疫苗供應更容易。為采集大量熱熔性蛋白，布思比團隊向細菌插入負責制造熱熔性蛋白的水熊基因。細菌的增殖能力很強，因此布思比團隊一天內可繁育上萬億個細菌，讓它們產生熱熔性蛋白。把細菌轉化成人體蛋白制造廠并非新鮮事。制藥廠利用這一技術生產從胰島素到抗癌干擾素的多種藥物。從經過基因改造的熱熔性蛋白生產者細菌安全提取這種蛋白事關重大，原因是細菌會產生一種被稱為“內毒素”的有毒物質。為確保內毒素被完全清除，布思比團隊正在進行這樣的研究一把來自細菌的熱熔性蛋白插入實驗鼠體內。該團隊還把水熊蛋白保存疫苗的能力與美國食品及藥物管理局批準的保護劑的這一能力進行了比較，結果發現熱熔性蛋白的保護能力是這些保護劑的10倍。

布思比團隊的終極目標，是采用熱熔性蛋白保護血液銀行中的人血。這是一大挑戰，因為人血比該團隊正在實驗的基于蛋白的藥物復雜得多。血液由許多種類型的細胞構成，其中每一種都包含不同類型和比例的蛋白。因此，布思比團隊將首先嘗試用熱熔性蛋白保存在人血中發現的每個類型的細胞。他們希望，如果熱熔性蛋白能做到這一點，他們就會采用熱熔性蛋白來保存完整狀態的人血。美國食品及藥物管理局規定的血液冷凍保存期為60天，一過期就必須拋棄這些血液。布思比說，讓巡邏士兵背著微型冰箱不現實，但如果能在環境溫度甚至高溫條件下保存血粉，士兵攜帶血粉就很方便。如果有人需要輸血，那么只需為血粉加水就能使用。

有科學家指出，布思比團隊的上述預備性研究提供的證據表明，熱熔性蛋白有可能被用來在挑戰性條件下穩定生物物質。然而，布思比團隊必須確保熱熔性蛋白在被用來保存疫苗和人血時不會帶來副作用。

八種極端生物

從生活在巖石內部的細菌到能承受極度冷熱和強輻射的微生物，生命可呈現為非常極端的形式。這些極端生物不僅彰顯出地球生命的堅韌，而且昭示出在宇宙其他地方存在生命的可能性：既然地球上的極端環境中都存在生命，那么宇宙中那些沒那么極端的環境里就不可能有生命？這里簡介8種驚人的極端生物，當然它們都是地球生物。

只需一滴水

科學家2010年在智利阿塔卡馬沙漠一個洞穴里發現的杜氏鹽藻，幾乎完全無需水生存。在地球上最干燥的地方，這些微生物生長于蜘蛛網頂部，依賴早晨凝固在蜘蛛網上的那點可憐的水分生存。

嗜冷生物

發現于極地冰、冰川和海洋深處的嗜冷生物可以耐受-15℃的低溫。它們中大多數是細菌、真菌和藻類，它們含有的生物酶適應在低溫下發揮功能。在冰冷的兩極海洋和西伯利亞冰原下面，都發現了嗜冷生物。

只需微薄能量

高溫球菌能依靠被認為根本不足以維持生命的那么極少一點點化學反應（也就是極少一點點能量）來生存。它們生活在從巴布亞新幾內亞附近地殼噴出的海底超熱泉噴口附近。可以想象，除了只需極少能量外，它們所在的環境溫度足以把其他大多數生物燙焦。

再成也不怕

高鹽讓人害怕。這句話沒錯。但一種嗜熱菌能耐受的鹽度之高一定會把大多數生物成死。其中一個例子是鹽生鹽桿菌，它能在美國加州歐文湖湖底10倍于海水鹽度的環境中興旺生長。

無需氧

新發現的一種鎧甲動物（科學對其的認識還很有局限）所擁有的細胞器，讓這種動物無需氧也能生存。這為宇宙其他地方存在生命的猜想提供了又一種間接證據。

石內生物

石內生物生活于巖石內部或其他被認為生命不可滲透的地方，例如動物殼縫隙或礦物顆粒之間的微孔內。哪怕在地表下3千米深度也發現了石內生物，而它們很可能在更深處也一樣能生存。在如此深處很缺水分，但有研究表明石內生物靠吃周圍環境中的鐵、鉀或硫生存。雖然環境選擇對石內生物來說很有限，但這樣的環境反而讓石內生物避開了強風和來自太陽的強輻射侵害。

超嗜熱菌

超嗜熱菌興盛于極熱環境中。例如，在美國黃石國家公園里溫度高達96℃的地熱泉中生活著名為產液菌的超嗜熱菌。

不怕輻射

其他.極端生物以能夠j氐御強輻射而成為極端的代表。例如，耐輻射球菌哪怕在1.5萬戈瑞的輻射強度下也能存活，而10戈瑞就能置人于死地，1000戈瑞能殺死蟑螂。耐輻射球菌在其他許多方面也很出色，例如能忍耐極冷、脫水、真空和強酸。《吉尼斯世界紀錄大全》中把耐輻射球菌列為世界上最堅韌的細菌。