我们可以为生命按下“暂停键”吗？

Tania Louis

生物学博士、《瞰创新》撰稿人

从动物到植物，从细菌到病毒，生物体展现出了惊人的生存策略，使得生死概念变得日益模糊。这引发了我们对于生命本质的深入思考：何时结束休眠，何时开始隐生？究竟是“活着”还是“暂时死亡”，抑或是一种第三状态？在我们不断探索的过程中，如何界定这些状态，以及它们对于我们对生命的理解的影响？

死亡是一个极为复杂的过程，涉及到多种因素的相互作用。

生物界的很多现象都颠覆了我们对生死的二元认知。

例如，种子可以长时间处于休眠状态，直到外部条件合适时才会发芽。

休眠或隐生（一种暂时死亡的形式）可以极大地延长生物体寿命，使其成为名副其实的时间胶囊。

这些极端状态引发了一场关于生死及世界观的讨论。

心脏的停跳、大脑活动的终止、体温的逐渐下降，直至细胞内分子运动的彻底消失，这些都是生命终结的标志。然而，生物体的死亡并非总是一个瞬间同步的过程。在临床定义上，我们面临着更为复杂的挑战：有些动物会模拟死亡以迷惑捕食者，而许多生物体所经历的状态，也在挑战着我们“非生即死”的传统二元认知。

厨房或餐桌上摆放的大米、扁豆、坚果、土豆、洋葱、苹果等植物源性食品，它们曾经“活过”，但现在的生命状态如何？一些生命迹象，如土豆上的嫩芽或洋葱表皮的绿尖，是生命存在的明显标志。但如何分辨一粒扁豆是死是活？

种子作为植物的生殖结构，包含胚胎和营养储备，并被保护层包裹。在适宜的外部条件（如温度、光照、湿度）触发它们萌发之前，种子可以长时间保持一种表面上的静止状态。在这种状态下，它们不展现生命迹象，但这并不意味着死亡。事实上，它们处于一种极慢的生命状态——休眠。这种状态可以逆转：若将扁豆置于湿润的棉絮上，它们很可能最终会发芽。但对于大米，这样的尝试则毫无意义，因为种子已经被去壳，只剩下营养组织。

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停滞的生命

休眠是自然界中广泛存在的一种现象。对于某些生物而言，休眠是一种系统性、由基因预编程的生理状态；而对于另一些生物，它则是在面临极端不利的生存条件时才被激活的保护机制。在生物学的语境中，“休眠”（diapause）或“静止”（quiescence）这两个术语也用于描述那些生命活动显著减缓的特定阶段。以种子植物为例，我们可以看到休眠状态能帮助它们渡过不利的生长季节。同样，哺乳动物界也存在类似的暂停繁殖现象。在这一过程中，雌性哺乳动物会保留胚胎，但选择不在第一时间将其植入子宫，这种现象被称为胚胎休眠[1]。胚胎休眠期是一种生物学上的适应策略，它使得动物的生命周期能够与季节性变化的资源相匹配，并为新生后代提供最适宜的条件。

在某些生物体中，新陈代谢不仅可以减缓，甚至可能完全停止。这些生物被称为“隐生状态”，字面上意为“隐藏的生命”。它们并没有死亡，因为这种状态是可逆的，但它们也不展现常规的生命活力。因此，隐生可被视为一种潜在的生命状态、一种暂时的“死亡”，或者是一种既非生也非死的第三状态[2]。事实上，隐生状态下的生物体，其生理机能会发生显著变化。

隐生状态有多种形式，均与不同的极端条件相关。其中，无水隐生状态的关注度最高，其特征是生物体几乎丧失了所有水分，而水分对于维持细胞和生物体的完整性至关重要[3]。通过局部的水替代、向玻璃态的转变，或对特定化合物的特殊保护，生物体能够承受这种极端变化[4]。因此，当无水隐生物重新获得水分时，它们便能恢复活力，或是“重生”。隐生状态的发现和深入研究，可以为医药和食品工业中通过干燥或冷冻保存生物结构的工艺提供新的灵感。

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微生物的创造力

在生物界，隐生现象普遍存在。动物可以隐生，比较广为人知的例子是水熊，还有轮虫、线虫等[5]。植物也不甘落后，如苔藓和某些蕨类植物。此外，地衣、真菌和许多单细胞、真核及原核生物也可以隐生。诸多微生物也会形成或多或少的脱水抵抗结构，减慢甚至停止其新陈代谢活动。

图片来源：PI France

在自然界的逆境中，一些真菌和粘菌展现出了惊人的生存策略。例如，多头栉水母（Physarum polycephalum）能够在恶劣条件下通过形成干燥的硬核来存活。细菌则通过一种特殊的生殖方式——不对称分裂来产生内生孢子。这些内生孢子具有极强的抗热性和对抗生素的抵抗力，使细菌能够在极端环境中保持生存能力。此外，许多原生动物——无法简单归类为动物、植物、细菌真菌的单细胞真核生物，会形成一种称为囊胞的结构。囊胞的设计旨在抵御外界的寒冷和干燥，帮助这些微小的生命体在恶劣环境中保持生存，甚至在某些情况下还能通过风传播到新的栖息地。病毒颗粒在外部环境中也能展现出类似的休眠特性。在没有宿主细胞的情况下，病毒颗粒几乎是惰性的，但一旦遇到合适的宿主细胞，它们就能被激活并开始感染过程。

无论是休眠还是新陈代谢停止的真正隐生状态（两者在实践中很难区分[6]），这些生物体都可以成为“时间胶囊”，在有利的保护条件下，它们能够在数百年甚至数千年后重焕生机。在瑞典的峡湾[7]或波罗的海[8]的沉积物中，沉睡了百年的孢囊能再次复活；苔藓在南极的永久冻土层中沉睡千年后，能再次生长[9]；来自北极永久冻土层中的线虫和轮虫在实验室中成功地被唤醒[10]，前者经历了3～4万年的休眠期，后者则是休眠了2.4万年[11]；而从西伯利亚冰冻土壤中提取出的最古老的仍具传染性的病毒，已有近5万年的历史……

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多角度思考

这些现象引发了研究人员关于生死的探讨：休眠何时结束，隐生何时开始？隐生状态是否只是休眠的极端形式？我们如何界定这些状态？考虑到我们的世界在不断发展，非黑即白的定义似乎已经不再适用。生与死的概念也变得日益模糊。无论是基于功能、结构、物理化学特性还是哲学思考，这些极端状态都是我们思考生命本质的宝贵素材。

在冰天雪地中沉睡了数万年的微小生物，我们能否说它们一直在那里“活着”？它们是活了很长一段时间，还是暂时死亡了，亦或是经历了一种非生非死的状态？这些问题虽然看似属于科幻小说的范畴，但也是地球生物体所面临的真实问题。目前，研究人员尚未就这些问题的答案达成共识，而它们无疑挑战了我们对生命和死亡的传统理解。

作者

Tania Louis

编辑

Meister Xia

1.Charlotte Cristin. La diapause embryonnaire et sa régulation chez les mammifères, étude

bibliographique de 1850 à nos jours. Sciences du Vivant [q‑bio]. 2022.

2.James S. Clegg. Cryptobiosis — a peculiar state of biological organization. Comparative

Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology, Volume 128, Issue 4, 2001, Pages 613–624, ISSN 1096–4959.

3.Grzyb, T.; Skłodowska. A. Introduction to Bacterial Anhydrobiosis: A General Perspective and

the Mechanisms of Desiccation-Associated Damage. Microorganisms 2022, 10, 432.

4.Hibshman Jonathan D., Clegg James S., Goldstein Bob. Mechanisms of Desiccation Tolerance:

Themes and Variations in Brine Shrimp, Roundworms, and Tardigrades. Frontiers in Physiology, Volume 11, 2020.

5.Nadja Møbjerg, Ricardo Cardoso Neves. New insights into survival strategies of tardigrades,

Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, Volume. 254, 2021, 110890, ISSN 1095–6433.

6.Bosch, J., Varliero, G., Hallsworth, J.E., Dallas, T.D., Hopkins, D., Frey, B., Kong, W., Lebre, P.,

Makhalanyane, T.P. and Cowan. D.A. (2021), Microbial anhydrobiosis. Environ Microbiol, 23: 6377–6390.

7.Nina Lundholm, Sofia Ribeiro, Thorbjørn J. Andersen, Trine Koch, Anna Godhe, Flemming Ekelund & Marianne Ellegaard (2011) Buried

alive – germination of up to a century-old marine protist resting stages, Phycologia, 50:6, 629–640, DOI: 10.2216/11–16.1

8.Anke Kremp, Jana Hinners, Riina Klais, Ari-Pekka Leppänen & Antti Kallio (2018) Patterns of

vertical cyst distribution and survival in 100-year-old sediment archives of three spring dinoflagellate species from the Northern Baltic Sea, European Journal of Phycology, 53:2, 135–145, DOI: 10.1080/09670262.2017.1386330

9.Esme Roads, Royce E. Longton, Peter Convey. Millennial timescale regeneration in a moss from

Antarctica, Current Biology, Volume 24, Issue 6, PR222-R223, 2014.

10.Shatilovich, A.V., Tchesunov, A.V., Neretina, T.V. et al. Viable Nematodes from Late Pleistocene

Permafrost of the Kolyma River Lowland. Dokl Biol Sci 480, 100–102 (2018).

11.Lyubov Shmakova, Stas Malavin, Nataliia Iakovenko et al. A living bdelloid rotifer from

24,000-year-old Arctic permafrost, Current Biology, Volume 31, Issue 11, 2021. [12] M, Santini S, et al. An Update on Eukaryotic Viruses Revived from Ancient Permafrost. Viruses. 2023; 15(2):564.