缓步动物可能是大自然的最终幸存者。虽然这些微小的、几乎半透明的动物很容易被忽视，但它们代表了一个多样化的群体，它们成功地在包括南极洲在内的每个大陆的淡水、海洋和陆地环境中定居。这些不寻常的生物通常被称为“水熊”，它们可能是地球上最具弹性的生物之一，这要归功于它们在极端条件下生存的无与伦比的能力，各种物种都能抵抗干旱、高剂量辐射、低氧环境，以及高温和低温和压力。虽然有许多基因被认为有助于这种极端耐受性，但对这些独特适应的起源和历史的全面了解仍然难以捉摸。在《基因组生物学与进化》上发表的一项新研究中，庆应义塾大学高级生物科学研究所、奥斯陆大学自然历史博物馆和布里斯托尔大学的科学家揭示了与缓步动物极端耐受性相关的基因复制和损失的惊人复杂网络，突出了驱动现代缓步动物生态的复杂遗传景观。
作为极端耐受性的一种形式，缓步动物可以通过进入一种被称为缺水的休眠状态(即没有水的生活)而在几乎完全干燥的情况下存活下来，这种状态允许它们可逆地停止新陈代谢。先前发现多个缓步动物特异性基因家族与缺水有关。这些基因家族中的三个被称为细胞质，线粒体和分泌丰富的热溶蛋白(CAHS, MAHS和SAHS分别)，这是基于蛋白质表达的细胞位置。一些缓步动物似乎拥有一个涉及两个丰富的热溶蛋白家族的变异途径，这两个家族首先在缓步动物Echiniscus testdo中被发现，通常被称为EtAHS α和β。缓步动物也有抗逆性基因，这些基因可以在更广泛的动物中发现，例如减数分裂重组11 (MRE11)基因，该基因与其他动物的干燥耐受性有关。不幸的是，由于这些基因家族的鉴定，从大多数缓步动物谱系中获得的信息有限，因此很难得出关于它们的起源、历史和生态意义的结论。
为了更好地阐明缓步动物极端耐受性的进化，这项新研究的作者——詹姆斯·弗莱明、戴维·皮萨尼和Kazuharu Arakawa——从13个缓步动物属中鉴定了这6个基因家族的序列，其中包括来自两种主要缓步动物谱系的代表，即半缓步动物和异缓步动物。他们的分析揭示了74个CAHS序列，8个MAHS序列，29个SAHS序列，22个EtAHS α序列，18个EtAHS β序列和21个MRE11序列，使他们能够建立这些基因家族的第一个缓步动物系统发育。
由于对干燥的抵抗力很可能是作为对陆地环境的适应而出现的，作者认为他们将发现这些基因家族的基因复制和损失与缓步动物栖息地变化之间的联系。“当我们开始工作时，我们期望发现每个分支都能明确地围绕古代复制进行分组，几乎没有独立的损失。这将有助于我们轻松地将它们与对现代栖息地和生态的理解联系起来，”该研究的主要作者詹姆斯弗莱明说。“这是一个直观的假设，”他继续说，“从理论上讲，这些与干燥有关的基因的复制进化应该包含这些生物生态历史的残余，尽管实际上，这被证明过于简单化了。”
相反，作者对热溶性基因的独立复制数量感到惊讶，这描绘了一幅更复杂的无水相关基因进化的画面。然而，值得注意的是，强无水物种与物种拥有的无水相关基因数量之间没有明确的联系。“我们的发现更令人兴奋，”弗莱明说，“一个独立得失的复杂网络，与现代陆地物种生态不一定相关。”
尽管缺乏基因复制与缓步动物生态之间的关系，但这项研究确实为导致获得无水生态的主要转变提供了重要的见解。基因家族在两个主要缓步动物群体中的不同分布——半缓步动物中的CAHS、MAHS和SAHS，以及异缓步动物中的EtAHS α和β——表明缓步动物中发生了两次从海洋环境到沼泽-陆地环境的独立过渡，一次发生在半缓步动物祖先中，一次发生在异缓步动物中。
这项研究标志着我们对缓步动物无水生态进化的理解向前迈出了重要一步。这也为未来研究缓步动物的极端耐受性提供了基础，这将需要从更多样化的缓步动物谱系中持续开发基因组资源。
不幸的是，一些缓步动物可能特别难以捉摸，这对此类研究构成了主要障碍。例如，弗莱明最喜欢的缓步动物之一Tanarctus bubulubus，因为太小而无法用肉眼看到，只在北大西洋约150米深处的沉积物中发现。
“希望，”弗莱明说，“通过地球生物基因组计划的大规模测序计划将稳步弥合我们在理解上的差距，我很高兴看到这一努力继续下去。”
