完全打碎還能重生的動物，地球上只有它

 

天然海綿制造的海綿。圖片來源：pixabay

 

在現(xiàn)實中，有什么生物可以在被打碎成單獨的細胞后還能重生呢？

 

實際上是有的，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，海綿細胞會聚集成團，重新組成海綿。海綿的這種能力被稱為重聚集（reaggregate）。

 

大家可以來看一下北愛爾蘭阿爾斯特大學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，海綿細胞就又聚合在了一起。

 

我們來看看顯微鏡下海綿細胞發(fā)生了什么。

 

 

在聚集的初期，所有的細胞都是球狀的。接著表面的海綿細胞就變成T形的，而中心的海綿細胞則轉(zhuǎn)變成了阿米巴蟲的形態(tài)。

 

海綿的這種能力最早是在 1907 年由北卡羅來納大學教堂山分校的生物學家 H. V. Wilson 記錄下的。

 

Wilson 發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境惡化、大片海綿死亡的時候，海綿某些部位的細胞會聚集成團。如果把這些細胞團移植到合適的地方，它們就會重新發(fā)育成海綿。這塊細胞團即使被打散，也能恢復原狀。

 

Wilson 還發(fā)現(xiàn)，如果不同種類的散裝海綿細胞被混合在一起，它們會根據(jù)物種先各自分開，然后再聚合。

 

后來對海綿的研究發(fā)現(xiàn)，海綿聚集起來靠的是一種叫做聚集因子（aggregation factor）的化學信號。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，乃是因為它們在許多意義上都是獨一無二的動物。

 

海綿是地球上最古老的多細胞動物，它們在地球上存在了 7.4 億年了。2016 年，麻省理工學院的研究者發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上的一項研究發(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，海綿的出現(xiàn)時間比寒武紀大爆發(fā)還早 1 億年。

 

大家可以看看，海綿 Vaceletia n.sp. 在近 6500 萬年里幾乎沒有什么變化，把自己活成了化石。

 

不過，說它們是“動”物其實有些名不副實：海綿成年后動不了。大部分海綿會分泌二氧化硅或碳酸鈣組成骨骼，幫助它們粘附在海底。因為動不了，海綿主要靠過濾水中的有機物生活，是濾食性的。另有超過 170 種海綿，如枝根海綿（Cladorhizidae）是肉食性的，能夠引誘捕捉小動物。

 

海綿的古老從它們的身體構(gòu)造就可以看出來：成年海綿的身體非常簡單，它們?nèi)狈腿祟愵愃频恼嬲?ldquo;組織”或“器官”，沒有消化道、神經(jīng)或肌肉。它們的身體是一根硬質(zhì)直腸的樣子，有一個進水口和一個出水口，水通過這個管道后其中的有機物就被過濾走了。

 

雖然沒有器官，但是海綿體內(nèi)卻有承擔類似功能的細胞。

 

在動物屆，海綿有一種獨一無二的細胞——領細胞(choanocytes)。領細胞是有鞭毛的，就像一些細菌一樣。

 

利用鞭毛，領細胞可以攪動海水形成水流，從而過濾并吞食水中的顆粒。也就是說，領細胞的功能類似于海綿的手和嘴巴。依靠領細胞，1 立方厘米的海綿可以過濾每天可以過濾 20 升水。

 

海綿的細胞不僅能執(zhí)行器官的任務，還具有一種超能力：所有海綿細胞都可以在一定條件下轉(zhuǎn)換角色，這在動物界也是獨一無二的。生物學家把這種超能力叫做全能分化性（totipotency）。借助這種類似于干細胞的超能力，海綿才能在碎尸萬段后復原。

 

此外，它們體內(nèi)的細胞還可以在身體內(nèi)游走。一些海綿利用這種能力修復受傷的部位，還有一些海綿利用游走的細胞在海底緩慢爬行。

 

除了全能分化，海綿的另一個超能力就是它們的制藥能力。

 

對于許多生物來說，海綿毒性超強。這也很容易理解，由于無法動彈，海綿必須要有一套化學武器來防御掠食者并進行溝通。

 

一些海綿會釋放毒素“溶”掉搶占地盤的珊瑚的碳酸鈣。一些海綿還可以殺死珊瑚蟲。比如，紐扣珊瑚的珊瑚蟲會寄生在海綿 Trikentrion flabelliformis 上。為了對抗珊瑚蟲，這種海綿會生成毒素 trikentrins。后來研究者們發(fā)現(xiàn)，這種毒素不僅可以殺死珊瑚蟲，還具有抗生素的性質(zhì)，能夠殺死革蘭氏陽性菌（如枯草桿菌）。

 

但是對于人類來說，海綿制造的不少分子能治療人類的疾病，因此具有很高的醫(yī)藥價值。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原，還具有很高的藥用價值，那它們應該很適合拿來制藥吧。

 

實際上目前商業(yè)化的只有少數(shù)海綿分子，最大的困難在于海綿供應不足。

 

確實，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 180 噸。

 

因為海綿的復原能力，養(yǎng)殖時只需要掰一塊就可以在別的地方“種”起來了，技術含量不高。

 

養(yǎng)大的海綿收割后處理一下，就可以拿到市場上賣了。

 

不過，在實驗室和藥廠培養(yǎng)具有藥用價值的海綿就是另一回事了。

 

首先，海綿雖然復原能力強，但是生長緩慢。而且一些來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，它們無法制造人類所需的分子。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，還可能會殺死共生微生物。這也是海綿規(guī)?；B(yǎng)殖的一大難點。

 

最后，海綿雖然能重生，但散伙的海綿細胞不能進行 DNA 復制，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，暫時還不能加入肯德基豪華套餐。