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【西部锦龟】剑走偏锋的生物

生命顽强。在各种穷凶极恶的环境中,都有他们的踪迹。(伯纳德肖,生命)他们对抗恶劣环境的能力令人吃惊。

进化的力量是神奇的,地球上的生命历经亿万年的自然选择,具备了各种让人惊异的能力。有些能适应极端恶劣的环境、也有些具有超长的寿命,还有些具有无比巨大的体型。这些生物,让我们充分见识到了生命的伟大。

活力冻不住

寒冷会给生命带来很多问题,生物体内的天然催化剂——酶会因为低温失去活性,而细胞内部的水凝结成的冰晶会刺破细胞膜。虽然如此,低温对于很多生命来说并非是无法克服的难题,哺乳动物和鸟类通过新陈代谢自身可以产生热量,并有毛发覆盖身体来保温。而那些自身无法维持温度的动物,例如北极弹尾虫,则可以合成某些可以起到防冻作用的分子,让体液在零度以下也不结冰,就像给汽车水箱添加防冻剂。

对于一些生物来说,就算身体都冻得硬邦邦了也没什么大不了。许多昆虫,还有西部锦龟和几种北美蛙类,在这样的情况下依然可以存活。它们身体的重要部位在防冻剂的保护下没有结冰,而体腔和眼睛的晶状体等次要部位虽然结冰了,但冰晶是以它们自身蛋白质作为核生长起来的,形状和大小都受到了控制,不会破坏细胞。还有更极端的南极线虫,甚至可以让细胞质都结冰,只保持细胞核和重要的细胞器不冻。

耐热的生命

高温对于生命来说是严苛的挑战,在陆地上,高温可能让生物体内的水分蒸发掉。在海中这虽然不是问题,但高温仍可以破坏DNA和蛋白质这类复杂分子,让它们失去作用。

所有生物中的耐热冠军是科学家们在深海热液孔附近发现的,它是叫做菌株121的微生物。之所以取了这个奇怪的名字,就是因为它在121℃下依然可以正常生活。而即使温度提高到130℃,它也能忍受得住,只是停止了分裂繁殖。菌株121之所以在高温下如此坚挺,是因为它的蛋白质和DNA分子比普通生物结合得更加紧密,所以这些分子不易受高温破坏。

多细胞生物就很难承受高温,超过40℃很多生物就受不了。而几乎所有的真核生物都无法忍受60℃以上的温度,唯一的例外是庞贝蠕虫,它的尾部附在海底热液孔喷出黑烟的管壁上,那里温度高达80℃。蠕虫为何如此独特还不清楚,有可能是因为它们体内富含的胶原蛋白起到了一些作用,这种蛋白质在高温下比较稳定。

陆上的耐热冠军是撒哈拉银蚁,它们能在53℃高温下活动一段时间。在外出活动之前它们体内会积累一种生物遭遇高温时产生的特殊蛋白质,能保护其他蛋白质免遭破坏。

长生不老

地球上所有生命都无法逃脱死亡的大限,但有些生命可以活得更长久一些。

多数动物都无法活过100岁,但凡事总有例外,一种叫做北极圆蛤的动物,寿命记录超过了400岁。它们为何如此长寿还是未解之谜,我们只知道和人类不同,北极圆蛤达到一定年龄的时候,死亡率反而会下降。

植物的情况有些不同,身体衰老部位的细胞不断死亡的同时,新的组织也在不断生长出来。最极端的例子是克隆乔木,所谓克隆是因为它们不是通过开花撒种来繁殖,而是从根上长出基因完全相同的分株来繁殖的,整片树林共享同一个根系。美国犹他州的一片颤白杨,虽然单棵树的年龄不超过130岁,但根部年龄超过了80000岁。单株植物的寿命记录则是由一颗狐尾松保持的,它在1964年结束“生命历程”的时候大概有5000岁。

地球上活得最久的生命可能是在西伯利亚、加拿大和南极等地的永久冻土带中发现的细菌,这些放线菌已经活了50万年。它们不但新陈代谢非常缓慢,还可以有效修复DNA,防止复制出错。

不过,要是论长寿的潜力,可能没什么能比得上“永生水母”——灯塔水母。这种生物可以在性成熟后,逆转回未成熟的阶段。从理论上说,它们可以在成熟和未成熟之间循环往复,从而实现长生不老。但由于天敌的存在,灯塔水母往往英年早逝,到底能活多久没法检验。

压不垮的硬汉

海洋中,随着深度的增加压强会不断增大。巨大的压强会将动物肺中的空气压榨出去,抹香鲸和象海豹等水生哺乳动物之所以可以潜至1000米深度,是因为它们的血液中血红蛋白含量很高,肌肉中也有大量肌血球素,这些物质容易和氧结合,可以在潜水时起到储藏氧气的作用。

再深上几百米,生命会面临压强带来的另外一个问题,细胞膜上的让各种化学物质进出的通道会受到压榨失去正常功能,蛋白质分子也会受到挤压变形而失去功能。不过深海中还是充满了生命,鱼类、蠕虫,甚至细菌,这些生物有着更加柔韧的细胞膜,另外它们利用一种叫做氧化三甲胺的物质来帮助蛋白质维持正常形状。

庞然大物

蓝鲸是现在以及整个进化史上最大的动物。可以说它已经达到了动物体型的极限,更大的动物无法把新陈代谢产生的热量及时散发出去,恐怕会活活热死。

但在整个生物圈中,蓝鲸就算不上什么了。一种叫做奥氏蜜环菌的真菌是地球上最大的生物体,它们的菌丝在泥土中不断延伸生长,可以达到惊人的体积。在美国俄勒冈州森林中发现的这种真菌,覆盖了965公顷的土地。

植物中,个头最大的是加利福尼亚州的一颗巨杉,体积达到了1500立方米。最高的树也来自加州,一棵高达115米的北美红杉。澳大利亚有一棵倒下的桉树达到了143米,这个高度已经达到了树木通过毛细作用向树梢输送水分所能达到的极限了。

小得不可思议

什么生物最小,要回答这个问题首先要明确什么可以叫做生物。病毒可以复制自己,而最小的病毒只有20纳米,不过病毒的生存繁殖完全依赖其他生物,所以通常人们不把它们算作真正的生物。

不算病毒的话,最小的生物是2006年在高温的含砷矿井废水中发现的里奇蒙矿嗜酸纳米古菌,长度只有200纳米,基因组只有100万个碱基对。

体型最小的是古菌,最简单的又是什么呢?

既然遗传物质是生命的精华,那么最简单的生物可以说就是基因最少的生物。寄生在人尿道中的一种叫做生殖支原体的细菌,整个基因组只有58万个碱基对,组成了不到1000个基因。其中482个编码蛋白质,其余的382个也有重要的功能。

除此之外,有种共生在木虱体内为其提供某些必要的氨基酸的细菌,只有182个基因,不过由于它过于依赖昆虫的细胞,已经不能看作是独立的生命形式了,可以说它正处于进化为细胞器的过程中。其实,这样的进化在地球历史上曾发生过。现在生物细胞中用来产生能量的线粒体和进行光合作用的叶绿体,在远古都曾是独立的细菌,后来进入其他生物的细胞后逐渐融合成了细胞的一部分。

熬过干旱

水是所有生命存在条件中最不能缺少的一条,生命需要水作为各种化学反应的媒介,水还可以保持细胞膜的完整。

对于大部分动物来说,脱水意味着必死无疑。而某些轮虫、线虫,还有某些虾的幼虫以及一种苍蝇,他们在身体脱水时依然可以维持生命,等待旱季过去后再接触水分,即可复苏。大多数地衣和苔藓,一部分真菌和细菌,还有一些开花植物,也可以干燥起来等待情况好转,沉睡几年甚至几十年。

这些生命都是用糖代替细胞中的水分,从而来维持细胞结构。随着糖含量的增多,细胞质逐渐由液体变成固体,成为一种糖结晶,及时把细胞保护起来。

而一些蟾蜍和蛙类则不采用那么激烈的手段来度过旱季。它们把自己埋入泥土中,形成一个不透水的茧,只留着鼻孔通气,进入休眠状态等待雨季来临。很多蛇类和鳄鱼也采用了类似的方法。一些种类的哺乳动物,例如地松鼠和某种狐猴,也会在旱季休眠。

不过,无论干燥或者休眠都只是临时手段,缺水对于地球生命来说,仍然是最难以突破的限制。

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