完全打碎還能重生的動(dòng)物,地球上只有它
編輯: 張旭 | 時(shí)間: 2021-01-27 10:35:57 | 來(lái)源: 文匯報(bào) |
天然海綿制造的海綿。圖片來(lái)源:pixabay
在現(xiàn)實(shí)中,有什么生物可以在被打碎成單獨(dú)的細(xì)胞后還能重生呢?
實(shí)際上是有的,而且世界上只有一種,那就是海綿(Porifera),刷碗的那種。
在人造海綿出現(xiàn)前,野生海綿的確是拿來(lái)刷碗的,而且它們具有破體重生的能力。
如果你把海綿弄碎打散,海綿細(xì)胞會(huì)聚集成團(tuán),重新組成海綿。海綿的這種能力被稱(chēng)為重聚集(reaggregate)。
大家可以來(lái)看一下北愛(ài)爾蘭阿爾斯特大學(xué)的研究者用淡水海綿做的演示。
海綿先被切碎,然后攪散。
放入培養(yǎng)皿之后,海綿細(xì)胞就又聚合在了一起。
我們來(lái)看看顯微鏡下海綿細(xì)胞發(fā)生了什么。
在聚集的初期,所有的細(xì)胞都是球狀的。接著表面的海綿細(xì)胞就變成T形的,而中心的海綿細(xì)胞則轉(zhuǎn)變成了阿米巴蟲(chóng)的形態(tài)。
海綿的這種能力最早是在 1907 年由北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的生物學(xué)家 H. V. Wilson 記錄下的。
Wilson 發(fā)現(xiàn),在環(huán)境惡化、大片海綿死亡的時(shí)候,海綿某些部位的細(xì)胞會(huì)聚集成團(tuán)。如果把這些細(xì)胞團(tuán)移植到合適的地方,它們就會(huì)重新發(fā)育成海綿。這塊細(xì)胞團(tuán)即使被打散,也能恢復(fù)原狀。
Wilson 還發(fā)現(xiàn),如果不同種類(lèi)的散裝海綿細(xì)胞被混合在一起,它們會(huì)根據(jù)物種先各自分開(kāi),然后再聚合。
后來(lái)對(duì)海綿的研究發(fā)現(xiàn),海綿聚集起來(lái)靠的是一種叫做聚集因子(aggregation factor)的化學(xué)信號(hào)。聚集因子也是海綿分辨自我和他者的重要依據(jù)。
海綿這么強(qiáng),乃是因?yàn)樗鼈冊(cè)谠S多意義上都是獨(dú)一無(wú)二的動(dòng)物。
海綿是地球上最古老的多細(xì)胞動(dòng)物,它們?cè)诘厍蛏洗嬖诹?7.4 億年了。2016 年,麻省理工學(xué)院的研究者發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),有 6.4 億歷史的巖石含有的一種分子 24-IPC 是海綿分泌的。也就是說(shuō),海綿的出現(xiàn)時(shí)間比寒武紀(jì)大爆發(fā)還早 1 億年。
大家可以看看,海綿 Vaceletia n.sp. 在近 6500 萬(wàn)年里幾乎沒(méi)有什么變化,把自己活成了化石。
不過(guò),說(shuō)它們是“動(dòng)”物其實(shí)有些名不副實(shí):海綿成年后動(dòng)不了。大部分海綿會(huì)分泌二氧化硅或碳酸鈣組成骨骼,幫助它們粘附在海底。因?yàn)閯?dòng)不了,海綿主要靠過(guò)濾水中的有機(jī)物生活,是濾食性的。另有超過(guò) 170 種海綿,如枝根海綿(Cladorhizidae)是肉食性的,能夠引誘捕捉小動(dòng)物。
海綿的古老從它們的身體構(gòu)造就可以看出來(lái):成年海綿的身體非常簡(jiǎn)單,它們?nèi)狈腿祟?lèi)類(lèi)似的真正的“組織”或“器官”,沒(méi)有消化道、神經(jīng)或肌肉。它們的身體是一根硬質(zhì)直腸的樣子,有一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口,水通過(guò)這個(gè)管道后其中的有機(jī)物就被過(guò)濾走了。
雖然沒(méi)有器官,但是海綿體內(nèi)卻有承擔(dān)類(lèi)似功能的細(xì)胞。
在動(dòng)物屆,海綿有一種獨(dú)一無(wú)二的細(xì)胞——領(lǐng)細(xì)胞(choanocytes)。領(lǐng)細(xì)胞是有鞭毛的,就像一些細(xì)菌一樣。
利用鞭毛,領(lǐng)細(xì)胞可以攪動(dòng)海水形成水流,從而過(guò)濾并吞食水中的顆粒。也就是說(shuō),領(lǐng)細(xì)胞的功能類(lèi)似于海綿的手和嘴巴。依靠領(lǐng)細(xì)胞,1 立方厘米的海綿可以過(guò)濾每天可以過(guò)濾 20 升水。
海綿的細(xì)胞不僅能執(zhí)行器官的任務(wù),還具有一種超能力:所有海綿細(xì)胞都可以在一定條件下轉(zhuǎn)換角色,這在動(dòng)物界也是獨(dú)一無(wú)二的。生物學(xué)家把這種超能力叫做全能分化性(totipotency)。借助這種類(lèi)似于干細(xì)胞的超能力,海綿才能在碎尸萬(wàn)段后復(fù)原。
此外,它們體內(nèi)的細(xì)胞還可以在身體內(nèi)游走。一些海綿利用這種能力修復(fù)受傷的部位,還有一些海綿利用游走的細(xì)胞在海底緩慢爬行。
除了全能分化,海綿的另一個(gè)超能力就是它們的制藥能力。
對(duì)于許多生物來(lái)說(shuō),海綿毒性超強(qiáng)。這也很容易理解,由于無(wú)法動(dòng)彈,海綿必須要有一套化學(xué)武器來(lái)防御掠食者并進(jìn)行溝通。
一些海綿會(huì)釋放毒素“溶”掉搶占地盤(pán)的珊瑚的碳酸鈣。一些海綿還可以殺死珊瑚蟲(chóng)。比如,紐扣珊瑚的珊瑚蟲(chóng)會(huì)寄生在海綿 Trikentrion flabelliformis 上。為了對(duì)抗珊瑚蟲(chóng),這種海綿會(huì)生成毒素 trikentrins。后來(lái)研究者們發(fā)現(xiàn),這種毒素不僅可以殺死珊瑚蟲(chóng),還具有抗生素的性質(zhì),能夠殺死革蘭氏陽(yáng)性菌(如枯草桿菌)。
但是對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō),海綿制造的不少分子能治療人類(lèi)的疾病,因此具有很高的醫(yī)藥價(jià)值。比如,圓皮海綿內(nèi)酯(discodermolide)就是一種抗腫瘤分子,貪婪倔海綿(Dysidea avara)中分離的分子 avarol 可以治療牛皮癬。
既然海綿粉身碎骨后還能復(fù)原,還具有很高的藥用價(jià)值,那它們應(yīng)該很適合拿來(lái)制藥吧。
實(shí)際上目前商業(yè)化的只有少數(shù)海綿分子,最大的困難在于海綿供應(yīng)不足。
確實(shí),在古代,地中海地區(qū)就有人工養(yǎng)殖海綿,然后制成刷碗刷背的海綿的歷史。海綿養(yǎng)殖業(yè)和漁業(yè)也曾是非常興旺的產(chǎn)業(yè),1913-1938 年間,每年捕撈的海綿都超過(guò) 180 噸。
因?yàn)楹>d的復(fù)原能力,養(yǎng)殖時(shí)只需要掰一塊就可以在別的地方“種”起來(lái)了,技術(shù)含量不高。
養(yǎng)大的海綿收割后處理一下,就可以拿到市場(chǎng)上賣(mài)了。
不過(guò),在實(shí)驗(yàn)室和藥廠培養(yǎng)具有藥用價(jià)值的海綿就是另一回事了。
首先,海綿雖然復(fù)原能力強(qiáng),但是生長(zhǎng)緩慢。而且一些來(lái)自海綿的生物活性物質(zhì)含量很低,要提純的話就必須要大規(guī)模密集養(yǎng)殖海綿。
其次,大多數(shù)海綿和微生物共生,缺乏某些微生物,它們無(wú)法制造人類(lèi)所需的分子。但是在密集養(yǎng)殖的情況下,使用抗生素和藥物幾乎是必然,這些藥物影響的不僅僅是海綿,還可能會(huì)殺死共生微生物。這也是海綿規(guī)?;B(yǎng)殖的一大難點(diǎn)。
最后,海綿雖然能重生,但散伙的海綿細(xì)胞不能進(jìn)行 DNA 復(fù)制,只有在重新聚合后才行。所以,要像在大罐子里發(fā)酵菌液那樣養(yǎng)散裝海綿寶寶,目前看也是不可能的。
總之,保溫杯泡養(yǎng)生海綿,暫時(shí)還不能加入肯德基豪華套餐。
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