水熊（起源于寒武纪时期的缓步动物）

物种简介

水熊或称水熊虫，是对缓步动物门生物的俗称。这是一类有八只脚、生活在水中的动物，和节肢动物有关。它们之所以得到这样的通用名称，是因为它们的外表以及它们像熊一样走路的样子。以植物、藻类、细菌和小型的无脊椎动物为食。

水熊至少在5亿年前就已存在。1937年，科学家首次发现水熊一孵化就具备成年体态，只不过刚孵化的水熊个头比成年水熊小。水熊的许多种节肢动物亲戚都不是这样，后者的幼时体态和成年后的明显不同——例如卵变成白蚁，毛毛虫变成蝴蝶或蛾子。水熊一生要脱皮多次，以适应身体变大，但它们一生中体态都不变。

它体形细小，体长0.05-1.4毫米，通体透明，足迹几乎遍布全球。一旦生存环境恶化，身体便缩成圆桶状自动脱水（隐生状态），蛰伏忍耐。德国佛莱堡大学的拉姆曾把水熊虫分别放在150℃和零下200℃（接近绝对温度）的环境中，再置于常温下，给予水分，它竟奇迹般地复活。5700戈瑞强度的放射线，原子弹的辐射杀不死它；600兆帕的压力，最深的马里亚纳海沟水压的6倍也压不扁它。请记住它，具有超强生命力的生物——水熊虫。

物种学史

“小水熊虫”在1773年首次被一位名叫哥策的神父描述，但并不完整。1774年和1776年意大利人考廷和斯巴兰扎尼发现，在缺水的环境下，缓步动物能够不脱去保护外壳而“复活”。斯巴兰扎尼并且指出，缓步动物要渡过缺水时期，就必须慢慢的失水。而缓步动物（Tardigrada）这个名字，也是斯巴兰扎尼首次给出的。

从水熊虫的化石可知道，这一物种早在5亿年前的寒武纪(CambrianPeriod)就存在了。从它们被发现开始，人们对缓步动物在动物分类中的位置，形态学(morphology)，生活方式(lifestyle)，组织学(Histology)以及其隐生性(Hiddennature)的研究兴趣有增无减。

1785年米勒（O.F.Müller）对这种动物作了深入的观察。他尝试将缓步动物归入动物演化树中并且把它归入壁虱属(Tickspecies)。米勒所使用的学名Acarusursellus被林奈(Linnaeus)写到了他的《自然分类》中。1834年舒尔策发现了有名的Macrobiotusbufelandi。该名字来源于柏林医生Hufeland，他著了一本有关长寿术（德语：Makrobiotik）的书叫《延年益寿之艺术》。相对于斯巴兰扎尼的“复活”，舒尔策认为缓步动物在缺水后再次接触到水时，是“苏醒”过来了。但他的看法并不是得到很多的认同。他同时代的爱亨伯格则认为，缺水时，缓步动物能分泌一种物质，在里面缓步动物不但能度过困难时期，而且能繁衍后代。数年后“醒过来”的只是它的后代。更有人认为那是一种自然发生（generatiospontanea）。

水熊

对缓步动物形态，系统分类和生理研究有着最深远影响的贡献当属法国人Doyères所写的书《MémoiresurlesTardigrades》（《对缓步动物的记忆》）（1840-1842年）。他强调了缓步动物在慢慢失水的环境中“复活”的能力。这和当时另一种观点相冲突，就是认为，没有任何预防措施可以阻止完全脱水的动物的死亡。1859年巴黎生物协会（ParisBiologicalAssociation）最终通过一份超过100页的鉴定形成定论，就是Doyères的意见是对的。新的问题是，在这种脱水环境中，缓步动物的新陈代谢究竟只是变慢了还是停止了。20世纪初，耶稣会神父吉尔伯特·弗兰兹·拉门（GilbertFranzRahm）通过缓步动物还能度过低温（绝对零度）-（Absolutezero）环境的现象认为，新陈代谢是停止了。1922年鲍曼（Bauman）通过对脱水隐生的形态和生理方面的研究，再次捍卫了这一观点。

1851年杜雅尔丹（Dujardin）认为缓步动物是一种原本生活在海洋里的生物，这是缓步动物的分类的第一步。1907-1909年Murray在不列颠-南极探险中收集到多种缓步动物的样本。使得缓步动物的种类在很短的时间内上升到了25种。1928年图灵（Turing）为缓步动物建立了一个新目。

水熊

1974年借拉马佐蒂（LaMazzotti）75大寿之际在意大利城市帕兰扎（Pallanza）举行了第一届国际缓步动物论坛。

形态特征

水熊非常细小，大部分不超过1mm，通体透明，呈无色、黄色、棕色、深红色或绿色。它们的颜色主要是由于食物而得来的。它们食入含类胡萝卜素的食物，类胡萝卜素可以在各器官沉积。

水熊

它们有1个头部，4个体节。有4对脚从躯部伸出，末端有爪子、吸盘或脚趾。口前有两向前突出，一个用于刺进食物，另一一个则是吸收工具。前肠有很多成对腺体，薄薄的食道连接中肠。在两个目的水熊虫中肠和末肠之间有马氏管，专司体内的渗透压平衡。后肠开口于腹肛门。无呼吸系统和循环系统。神经系统由咽上下神经节构成，其中咽下神经节和腹部4个神经节链式相连。头节中有脑，分出两纵条的腹神经索，每条腹神经索有4个神经。

水熊通常是雌雄异体。它们的性腺是次体腔(事实上，所有的节肢动物都是这样)的残留物，是不成对的囊状器官，或者是在肛门前向外开口，或者是向终肠开口。卵巢是不成对的囊，输卵管开口于腹面或通向直肠。属于卵生，卵子并不需要事先受精就可以被排出体外，直接发育。

水熊

无呼吸及循环系统。

水熊体节与其他节肢动物身体之间的关系难以确定，一种解释是水熊实际上就只有脑袋和腿。在进化历史上某个时点，水熊失去了与体节发育有关的多个基因，也失去了对应于其他节肢动物胸、腹的多个身体部分。水熊今天所具有的“分节”的身体方案与其他节肢动物的头节很相似，这表明进化历程中获得头部的方式并非单一。换句话说，既可以只有脑袋没有身体，也可以既有脑袋也有身体。

栖息环境

电镜下的水熊虫，水熊虫在干燥状态或环境恶化时，身体会缩成圆桶形自动脱水静静地忍耐蛰伏（隐生现象），此时会展现惊人的耐力。生命力超强，能在冷冻、水煮、风干的状态下存活，甚至能在真空（vacuum）中或者放射性射线（Radioactiveray）下存活。

分布范围

生活在淡水、陆地及海水里的微型后生动物，分布在从北极到南极以及从喜马拉雅山坡地到海洋深处的不同生境里。绝大多数陆生，有些淡水生，极少数种类海生。

水熊可在地球上几乎任何有水的地方生存，最近在日本一个停车场发现了一个水熊新种。迄今为止已经发现超过1000种水熊。水熊大多分布于苔藓和地衣中。在日本发现的新种水熊之奇特并不在于它是在城市中被发现的，而在于它的卵的顶部有意大利面条形状的扭动卷须。这些卷须有可能让水熊产下的卵能附着在地面上。

中国缓步动物物种丰富，初步统计约有2纲、3目、6科、20属、177种，包括5个首次发现的物种(Echiniscus crebraclava、Hypechiniscus fengi、Diphascon gani、Doryphoribius mcinnesae、Macrobiotus wuyishanensis)、2个新记录属(Hypechiniscus、Calohypsibius)及21个新记录种(Echiniscus bigranulatus、 Echiniscus curiosus、Echiniscus dreyfusi、Echiniscus menizdi、Echiniscus perarmatus、 Echiniscus phocae、Echiniscoides pooensis、Echiniscus scrabrospinesus、Echiniscus semifoveolatus、Echiniscoides sigismundi、Isohypsibius stenostomus、Diphascon (Diphascon) nobilei、Diphascon(Diphascon) sexbullatum、calohypsibius ornatus、 Calcarobiotus(Calcarobiotus) digeronimoi、Macrobiotus crenulatus、Macrobiotus hibiscus、Macrobiotus ragonesei、Macrobiotus tericola、Minibiotus scopulus、 Ramazzottius anonalus)。^[1]

生活习性

这种生物生命力顽强。最显著的特征是对不良环境具有极强的忍耐能力，遇到干旱时，它们可将身体含水量由正常的85%降至3%，此时运动停止，身体萎缩，在这种状态下，缓步动物可以抵御恶劣的环境达数年之久，如极限温度、电离辐射、缺氧等，当环境好转时，身体再复苏，这种现象称隐生。

在-272℃和151℃的条件下均可存活2分钟，低温-200℃能活上几天，-20℃的环境中起码能存活30年。它能够承受的电离辐射的剂量，是人类致死剂量的数百倍。能抗住的压力大约是目前最深海沟水压的6倍，在同等压力下人可能会被压到变形。 

水熊能耐受-200-149℃的温度范围，它们通过排除体内水、收回肥胖肢腿、蜷缩成脱水的球状来做到这一点。威胁解除后，它们再度充水，恢复正常，看起来就像不曾遭受任何伤害。根据2017年发布的一项研究结果，能持续产生一种特殊蛋白质的水熊成功复苏的概率高于并不一直产生这种蛋白质的同伴。也就是说，这种特殊蛋白质可能正是水熊能忍耐极热和极寒的关键之所在。 

水熊不仅能忍受极端温度，还能耐受高达最深海底压力6倍的压力。 

2007年一项太空实验显示它暴露在真空和辐射下可以存活10天。在2017年有科学家甚至发文表示，认为它们足以在小行星撞击、超新星爆发、伽马射线暴发等毁天灭地的灾难中存活下来，堪称“太阳不爆炸，它们不会挂”。 

在高于海平面25.8万-28.1万米的低地球轨道中，两种脱水的成年水熊及其卵子分别暴露在真空和辐射环境中10天后成功复苏，但暴露在辐射中的水熊存活率明显低些。 

2019年2月，在2月21日左右，以色列航天器Beresheet搭乘SpaceX的猎鹰9号火箭发射升空离开地球，而它的目的地，正是月亮。结果很不幸，当它于4月11日接近月球表面时，在距离月球表面不足10公里处主引擎失灵，并以每小时500公里速度撞向月球... 

这些“宇航虫”虽然极有可能活着，但并不代表“活跃”，也就是它们将会长久保持假死状态，除非它们在月球遇到了水与氧气。 

一般生物缺水、缺氧基本会死亡，但它可以长时间处于一种假死状态，它们的身体会干涸，让新陈代谢停止，以此维持生机。然后遇到水，又有几率可以复活。 

英国《自然》杂志上介绍说，水熊之所以能够在各种极端条件下生存，与它们身体可自动进行脱水有很大关系。科学家们发现，水熊在自行脱水后。身体体积可比正常情况下缩小一半，同时，它的八条腿也会收缩，从而进入一种静止的蛰伏状态。在这种状态下。水熊可“扛”过各种极端条件。因为水熊本身有隐生现象可以说是冬眠，不管处在什么恶劣环境下都能立刻进入冬眠，只要加一点水就能立刻复活，生命力比病毒还强，所以被称为不死身生物。 

在苔藓和干草间生活的、特别是淡水生的水熊能够通过这种胞囊的形式度过困难时期。在这种状态下缓步动物会缩小成只有原来20%到50%的体积，降低新陈代谢甚至分解部分器官。该过程伴随有三次连续的蜕皮，结束的时候，动物就会被多层角质层外壳所包绕。在这种状态下缓步动物能存活一年。当环境改变回来，该个体能在6到48小时内脱壳而出。 

胞囊的形成只会在水中发生。它远不如小桶状态那样具抵抗能力，而且其水分含量也决定了其不具有抗高温能力。

缓步动物门具有全部四种隐生（Cryptobiosis）性（即低湿隐生（Anhydrobiosis）、低温隐生（Cryobiosis）、变渗隐生（Osmobiosis）及缺氧隐生（Anoxybiosis））。

低温就会引起低温隐生(Lowtemperaturelatent)。缓步动物能先被冷冻再经解冻而复苏，而且不会对身体造成损坏。1975年Crowe将活动状态的Macrobiotusareolatus放到2毫升-20°C的水中。所有实验动物立刻进入小桶状态。在4°C的水中解冻只需要一分钟。80%的动物成功苏醒。神父拉门曾把水熊虫在-200°C的液态空气里泡了20个月，在-253°C的液态氮里泡了26小时，-272°C的液态氦泡8小时。结果，在之后，水熊虫们像什么都没发生似的，“复活”了。

一些极地鱼类物种会分泌防冻蛋白，自己体内不结冰。但水熊虫似乎允许体内结冰，或它能够自修复。

这是最常见的隐生形式，当陆生的缓步动物生活环境开始缺水时即会发生。但当它们再次接触到水的时候，它们能在很短时间之内重新活动。包括陆生缓步动物在内，只有它们身处水中才能存活。如果周边液体被稀释甚至低于体液浓度时，缓步动物就会蜷缩成桶状。背侧的甲片会层叠在一起，甲片之间的弹性角质层会收缩。进入所谓的“小桶状态”（CaskPhase）（Tönnchenform）。在“小桶状态”下，它们的新陈代谢(Thenewsupersedestheold)速度会降低到原来的0.01%。

进入“小桶状态(Kegstate)”的首要原因是缺氧(hypoxia)。实验中停止通风，缓步动物会收缩。但在水中肌肉的收缩状态不能持久。所以“小桶”遇水即会重新舒展，但个体会立即进入窒息状态（Asphyxia）。

缓步动物能渡过缺水期有前提，就是该过程是缓慢进行的而且空气湿度不能太低。干燥过程太快，缓步动物就没有时间去收缩。作违背该前提的实验，可以观察到缓步动物紧压在地表，很难复苏。

缺氧隐生发生于缓步动物周遭液体含氧量低于一个阈值(threshold)。开始的时候缓步动物先收缩，但后来就会伸展到最大状态，同时也是窒息状态，而且它们已没有能力排出进入体内的水分。一些种类能在缺氧状态下存活五天。缺氧隐生时缓步动物的新陈代谢状态不明。

变渗隐生(Variablepercolation)还没有很好的被观察到。变渗隐生是因为环境的渗透压升高引起的。Macrobiotusbufelandi在0.4%的盐溶液中仍然能活动。在15%的盐溶液中它会在9秒之内进入小桶状态。Echiniscoidessigismundi在淡水中会窒息，但若在三天内将它重新放到海水中，它就会苏醒过来。

有一种水熊当中的两只在科学家的冰箱中呆了30年之久后成功复苏，其中一只立即忙碌起来。这两只水熊被提取自苔藓中，自1983年以来一直被储存在-20℃的条件下，它们没有显示出任何代谢迹象。但被重新充水仅一天后，其中一只就伸展肢腿，22天后其体内就有了卵子。它最终产卵19只，产生了14只活体水熊。

1842年，法国科学家Doyère表示“小桶状态”下的水熊虫可在125°C的水中存活数分钟。上世纪20年代，神父拉门（G.Rahm),把几只在151°C水中“煮”了15分钟的水熊“复活”。

一些生物会分泌一种叫做“海藻糖（trehalose）”的物质，海藻糖会在细胞内形成一种玻璃状物体，来稳定蛋白等重要物质。他可以控制水分子在高温下膨胀（细胞中水分子高度膨胀是致命的）。

们会觉得水熊也使用这种方法抵御高温，但学者托马斯·布思比（ThomasBoothby），只有一些水熊会分泌海藻糖，“一部分貌似并不产生海藻糖，或者是是因糖量太低们检测不到。”他还说到：“们知道，水熊会分泌一种‘保护剂’，但那东西具体是什么还是个未解之谜。”

德国科隆-波尔兹（Cologne-Paulze）宇宙医学研究中心（Centerformedicalresearchintheuniverse）研究员、参加本次研究的天体生物学家之一

水熊

Tardigrata

研究人员称，和微生物细菌（Microbialbacteria）耐辐射奇球菌（Streptococcus）一样，缓步类动物肯定也有一种细胞机理——可以修复辐射的伤害，或者直接抵御太阳辐射。荣松说，“在遭受太阳辐射的时候，没有数据显示缓步类动物的体内在发生变化。所以，们不知道太阳辐射对它们的伤害有多大，它们又是怎样修复这些伤害的。”实验表明，至少有一些动物可以在严酷的太空环境下毫无屏障地存活。在这个“超级坚强”动物的名单上，还包括轮虫类、线虫类（蛔虫）、可抗干燥的昆虫幼虫，还有甲壳类如盐水虾。科学家发现，所有的这些“超级动物”都和缓步类动物一样，具备高度抗干燥的能力。一部分缓步类动物赖以生存的地衣类植物也可以在太空环境下生存。荣松说，“如果保护这些缓步类样本远离太阳辐射，它们可以在太空中存活几年。但是问题是，飞船进出大气层时会产生巨大的喷射力，这些样本也受到了影响。”飞船进出太空大气层产生的灼热感和一个石块进出行星大气层产生的摩擦大致相当。

星际旅行可能会花费几百万年的时间，人类并没有能力进行如此长期的实验。但是，至少有一部分缓步类动物在星际旅行最开始的10天里可以完好地生存。测验缓步类动物生存能力的真正问题是寻找一个合适的环境。荣松说，“只要找到一个比太空温和一些的环境，缓步类动物就可能繁殖、生存。”

瑞典克里斯蒂安斯特大学(KelisidiansiteUniversity)的伊格玛及其同事认为，如果地球上有动物能够在太空恶劣环境下生存，缓步动物当是首选。因此在2013年9月，他们选择了两种缓步动物R.coronifer和小斑熊虫(Tardigrademilnesiumtardigradum)，在干粉状态下放入欧空局BioPan－6太空舱，并将其送入了太空轨道，进而观察这种生物在太空中会有什么表现。

这些缓步动物在太空中，经过10天暴露在辐射(radiation)、真空(vacuum)及低温(lowtemperature)条件下。结果发现，R.coronifer无法在紫外照射的条件下生活，科学家认为这可能是DNA受损所致。不过，有3个小斑熊虫样本却未受影响。在滤去紫外线的条件下，这些经过恶劣太空条件考验的小动物同对照样本一样，可排卵，并可脱壳成活。该结果发表于《当代生物》杂志。

该结果表明，地球生物的适应能力非常强。而此前，人类仅知苔藓和细菌可在真空和宇宙辐射下生存。虽然缓步动物可在地球极其干燥的条件下生存，但太空的条件极端恶劣。如地球海平面大气压为十万帕斯卡(Pascal)，而在地球低轨道，大气压是地球大气压10亿分之一。在这种条件下，几乎没有水分子（Watermolecules）可以保留在体内。

科学家试图通过这个实验，来了解地球生物能否在星际旅行（StarTrek）时生存，并希望掌握哪些生物能搭乘太空船，进而导致其他星球被地球生物所污染。德国太空生物学家戈达认为，缓步动物能在极端条件下生存的能力对人类移居其他星球十分重要。但他认为，本次实验结果尚无法了解动物是如何在恶劣环境下发育和繁殖的。而伊格玛（Igma）则认为，缓步动物（

Tardigrata

Tardigrata

物种分类

缓步动物门（

Tardigrata

水熊

异缓步纲（Heterotardigrada）：如水熊虫（Waterbears）

中缓步纲（Mesotardigrada）

真缓步纲（Eutardigrada）：如缓步虫（Macrobiotus）