〇时间被冻结

两万四千年的冰封还不足以杀死这些女孩

随着全球永久冻土的融化,古老物种可能会重新进入生态系统。

一个微生物的图像。
扩大 /解冻后,这些小生物开始自我克隆。
迈克尔Plewka

轮虫是生活在淡水中的微小多细胞生物。人们已经知道它们可以抵御冰冻。即使在液氮中),煮沸,干燥,和辐射这个群体已经存在了数百万年没有性行为。这种不起眼但非常耐寒的蛭形轮虫现在又一次让研究人员感到惊讶最近的研究发现了2.4万年前的西伯利亚永久冻土,并在那里发现了活的轮虫(至少是可复活的)。在低温环境中存活24000年是该物种的新纪录。

轮虫并不是唯一从永久冻土或冰层中出现的生物。这一最新发现背后的研究人员此前发现了大约4万年前的化石可行的蛔虫在该地区的永久冻土中。古老的苔藓、种子、病毒和细菌都在冰上显示出令人印象深刻的寿命合法的关注关于冰川和永久冻土融化时是否也会释放出任何潜在的有害病原体。

然而,考虑到蛭形虫通常只对细菌、藻类和碎屑构成威胁,对于这个特殊的发现没有太多的必要担心。但作为食物链底层的关键角色,新出现的轮虫表明,也许我们应该考虑一下,几千年来从未出现过的物种可能会如何重新融入现代生态系统。

冰冻的动物园

俄罗斯普什奇诺的土壤冰冻实验室在西伯利亚永久冻土中挖掘古代生物已经大约十年了。该小组通过对周围土壤样本进行放射性碳年代测定来估计所发现生物的年龄(有证据表明,在永久冻土层中没有垂直运动)。例如,去年,研究人员报告了一项“冰冻的动物园他们计算出35个活的原生生物(含核的生物,既不是动物,也不是植物,也不是真菌)的年龄从数百年到数万年不等。

在他们最新的发现中,冷冻学研究人员在培养土壤样本约一个月后发现了活的蛭形虫。在轮虫类中,蛭形虫具有相当不寻常的孤雌生殖能力。因此,原来的标本已经开始这样做了。虽然克隆使得鉴定古代亲本具有挑战性,但这极大地促进了对未冻结菌株的特征和行为的进一步研究。

在所有上述永久冻土研究中,始终存在着现代生物对样本污染的担忧。除了使用旨在防止这种情况发生的技术外,研究小组还通过观察土壤样本中存在的DNA来解决这个问题,确认污染是极不可能的。系统发育分析进一步表明,该物种与任何已知的现代轮虫都不匹配,尽管在比利时发现了一个密切相关的物种。

解冻,克隆,冻结,重复

研究小组自然有兴趣更好地了解冻结过程,并深入了解这些轮虫是如何存活如此之久的。作为第一步,研究人员随后将一批克隆轮虫冷冻在-15°C下一周,并拍摄了轮虫复活的视频。

研究人员发现,并非所有的克隆体都存活了下来。令人惊讶的是,这些克隆体通常并不比来自冰岛、阿拉斯加、欧洲、北美甚至亚洲和非洲热带地区的当代轮虫更耐寒。它们比它们最近的基因亲戚更耐寒,但差异很小。

研究人员确实发现轮虫可以在相对缓慢的冻结过程中存活(~45分钟)。这是值得注意的,因为冰晶在动物细胞内形成的过程非常缓慢,这对生物体来说通常是灾难性的。事实上,任何从事低温保存的人都非常追捧针对这种情况的保护机制,从这个角度来看,这一最新发现尤其诱人。

尽管作者并不完全在这方面,但他们确实计划进行更多的实验来更好地理解隐生现象——一种新陈代谢几乎完全停滞的状态,这使得轮虫的生存成为可能。至于大型生物的冷冻保存研究,作者认为,随着研究中的生物变得越来越复杂,这就变得越来越棘手。也就是说,轮虫是迄今为止最复杂的冷冻保存物种之一,拥有完整的器官,如大脑和肠道。

这又让我们回到了一个问题:气候变暖后,其他哪些生物可能会重新出现,它们可能会产生什么影响。迄今为止的证据表明,冰层中仍有多种生物存活。至少在微观层面上,完整的微生态系统可能会一起解冻(线虫、轮虫、原生生物、病毒、细菌等)。在这一点上,这些长期休眠的物种将如何与现代生态系统竞争或共存还很难预测,但这可能值得进一步考虑。

《当代生物学》,2021。DOI:10.1016 / j.cub.2021.04.077对必须).

K.E.D. Coan,自由撰稿人,在Ars Technica网站报道气候和环境问题。她拥有化学和化学生物学博士学位。

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