论文部分内容阅读
科学家发现,一种名叫道恩灯塔的水母,它们竟然颠倒了生命的周期。正常情况下,道恩灯塔水母按出生、繁殖、死亡的顺序度过一生。但当它们在食物匮乏、生活拮据时,便会勒紧腰带、缩食瘦身,直至回到幼年固着的状态,再次成为吸附在海底其他生物上的水螅。此后,这些水螅会再次分化成无数的小水母,周而复始、生生不息!事实上,很多水母的一生都要经历固着和自由这两个阶段。道恩灯塔是迄今已知的唯一能够在性成熟后重返幼年时期的多细胞生物。
无声扩张
这种半透明的水母生活在太平洋及大西洋水域,体型小得几乎无法辨认,即便是成年个体也不过指甲盖大小。身为刺胞动物门中一员,它们几毫米的躯体内备足了刺细胞。不过,你可不要指望通过道恩灯塔水母的蜇刺觉察到它们的存在,由于太小,它们的刺细胞对人类并不会造成危害。可低调的道恩灯塔水母似乎嫌自己隐蔽得还不够,还会根据所处的水域改变自身形态:在热带水域,它们有8只触手,而在温带水域则有24只甚至更多。这个戏法使人们很难意识到它们在各大洋的迅速扩张。
道恩灯塔水母本身不具备侵略性。然而,1883年首次在地中海获得记载的道恩灯塔水母并不是一种普通的水母。上世纪90年代,科学家们便认识到,这种胶质低级生物拥有一种不可思议的能力:它们居然能够返老还童!这在动物界中可谓独一无二。道恩灯塔水母可以通过变形,重返幼年阶段,然后重新开始生命过程,再次变老。这好比蝴蝶为了避免死亡而突然化身为蛹,从而获得第二次生命。道恩灯塔水母能够随心所欲地重复这样的奇迹,依靠这无与伦比的天赋,尽管其确切机制还是个谜。道恩灯塔水母已悄然攻占了整个地球,而我们几乎还被蒙在鼓里。
美国宾夕法尼亚大学的生物学专家玛利亚也是偶然才发现了道恩灯塔水母在全球的扩张。这位水螅虫纲(水母所在的分类)专家一直对灯塔水母的种系发生史感兴趣,她试图通过研究各种灯塔水母的基因组,勾勒出它们的演化历程,从而了解它们之间的亲缘关系。为此,玛利亚致力于研究线粒体基因,这是物种识别时常用的一种手段。她在世界各地提取了多组灯塔水母样本,对它们的线粒体基因做了比较,结果令人大跌眼镜。无论是日本南部还是北部,意大利还是西班牙,新西兰还是罗马尼亚,美国东部还是巴拿马的北海岸,所有水域灯塔水母的线粒体基因都完全一致。也就是说,尽管这些灯塔水母外形不同,生活区域也相隔十万八千里,但它们却同属于一类,它们都是道恩灯塔水母。这一结论绝对令人万分惊讶,同一个物种竟然可以覆盖如此广阔的地球区域。最近,这位生物学家和史密森学会巴拿马热带研究院的来西奥斯共同撰写了一篇论文,以引起科学界对道恩灯塔水母这一“无声扩张”的警觉。
周游世界
那么,道恩灯塔水母是如何占领整个世界的水域呢?水母属海洋浮游生物,它们随波逐流,而无力逆流而动。它们只能做一些短距离的上浮下潜,尾随那些微小的浮游生物并捕食它们。晚上,它们浮上海面,白天则重新潜回水底深处。在这一点上,道恩灯塔水母和其他水母并无二致。虽然它们能令人羡慕地“返老还童”,却没有长途远游的本领。更何况,它们必然是在极短的时间里完成这等伟业的!生物学家推测,道恩灯塔水母的扩张可能是在近期发生的,主要是各地样本的线粒体基因完全一致,这意味着它们还没来得及根据进化原则,随着水域不同发生改变、产生分化。道恩灯塔水母之所以能如此迅速地占领了各个大洋,无疑是它们找到了得力的帮手。
无数的船只穿梭在大洋之上,道恩灯塔水母便钻入了这些船只的压载舱。1880年前,充当船只压舱物的都是沙子、石头之类的重物。之后,人们为了省时省力,便改用海水压舱。于是,船只的压载舱便成了海洋生物迁徙的主要媒介。空船在出发前,从出发港抽取海水,灌满压载舱,抵达目的港后,再将压载舱内的海水,连同海水中的各种生物体,一起排出。
美国波特兰州立大学的一个研究小组,对两艘货船离港前和抵港后压舱海水所含物质进行了分析,结果显示,十几种无脊椎动物在航行途中迅速繁殖,其中道恩灯塔水母赫然在列。到目前为止,还无人知道如此大规模的水母扩张会对生态和环境造成什么样的影响。不过,玛利亚和来西奥斯在他们的文章中指出,由人类造成的物种扩张往往会引起严重的后果,这样的例子并不少见。
二次世界大战末期,棕树蛇隐藏在一架军用飞机上来到关岛,使得当地多种特有鸟类灭绝。原先生活在黑海和里海的斑纹蚌也曾搭乘便船占领了北美各大湖泊,它们吸附在各种水下设备上,每年造成几百万美元的损失。最著名的是原产于美洲的淡海栉水母,它们利用船只的压载舱到达黑海。这些看似无甚危害的半透明小水母,上世纪90年代对黑海的鲲鱼捕捞业造成了重大损害。它们最初可能是通过一艘货船来到欧洲的海域。1982年,一位生物学家首次在黑海发现了它们的存在。那时候,这种入侵物种就已经开始了大量繁殖,有时每立方米海水中的数量竟可多达500只!它们吃光了海里的鱼卵和鱼苗,导致渔获量迅速下滑。鲲鱼产量从1984年的20.4万吨直线下降到1993年的200吨。直到没有了食物,淡海栉水母的数量才逐步减少,得到了控制。
大量繁殖
然而,这两位科学家并没有对此类将来可能出现的问题进行预测,他们倒是对道恩灯塔水母这种大规模扩张的隐蔽性感到忧心忡忡。谁说不是呢!水母是一种特别脆弱的胶质生物,它们既没有硬骨,也没有软骨,更谈不上骨架或是可以保护自己的甲壳或贝壳。水母就这样不带任何防具,光秃秃地在水中游弋,一个气泡就能让它们粉身碎骨。既然如此,道恩灯塔水母又是如何在动荡的船舱中,成功跨越上万千米,却安然无恙呢?也许你忘了它们独特的返老还童功夫。只要道恩灯塔水母感到一丁点紧张,比如饥饿或认为末日来临,它们就会启动这一机制。而船舶压载舱的环境恰恰就给它们带来这种感觉。要弄明白道恩灯塔水母在压载舱中的反应,就必须先简单地叙述一下它们的生命周期。
一般情况下,体型微小的水母以正常方式出生和死亡。雄水母和雌水母分别在水中释放出精子和卵子,卵子在受精几小时后孵化成幼虫,幼虫尽力吸附在一个支撑物上。大多数水母在生命过程中要经历两个阶段。先是固着阶段,其形态为水螅:然后是自由阶段,其形态为水母。道恩灯塔水母的幼虫固着在支撑物上后,体形伸长,躯干上端会长出一个带有多只触手的冠状体,这就是水螅。水螅长大后,有时会群居而生。在水螅触手下的躯干上会长出一些芽状物,到了特定时期,芽状物会从水螅身上脱落,变成小水母,继续生长。从此开始它们成长、繁殖以至死亡的过程。这便是道恩灯塔水母完整的生命循环。
生命颠倒
在船上,情况大不一样。道恩灯塔水母随着压舱海水颠簸翻滚,面临着受伤、挨饿、环境骤变(海水温度、成度变化)等风险,没有安全感。于是,它们决定逆时而行,重新回到幼年的固着阶段去。它们收起触手,缩小身体,直至重新成为一个吸附在支撑物上的小躯干。道恩灯塔水母颠倒了它们的生命周期,这样的生命逆转,与一种名为“转分化”的极其特殊的细胞生长过程有关。肌体在受精到成熟的发育过程中,其构成细胞会慢慢分化成神经细胞、肌肉细胞等。而转分化则是这一过程的逆向形式,指一些具有专门功能的细胞重新回到最初未分化时的状态。那究竟是什么机制造就了这种现象?目前,研究人员已经发现了几个在道恩灯塔水母细胞“转分化”过程中非常活跃的基因。
但总体来说,转分化现象仍然是一个未解之谜。唯一可确定的是,“转分化”使道恩灯塔水母成为船舶压载舱的成功“搭乘者”。水螅们在船上无性繁殖,群居而生,一旦到了适宜的环境中便释放出数以千计的水母!就这样,道恩灯塔水母在科学家的眼皮底下,悄悄地占领了世界各地,而人们却还不知道它们最先是从哪里出发的,因为道恩灯塔水母可以根据到达的水域而改变自己的形状。
无声扩张
这种半透明的水母生活在太平洋及大西洋水域,体型小得几乎无法辨认,即便是成年个体也不过指甲盖大小。身为刺胞动物门中一员,它们几毫米的躯体内备足了刺细胞。不过,你可不要指望通过道恩灯塔水母的蜇刺觉察到它们的存在,由于太小,它们的刺细胞对人类并不会造成危害。可低调的道恩灯塔水母似乎嫌自己隐蔽得还不够,还会根据所处的水域改变自身形态:在热带水域,它们有8只触手,而在温带水域则有24只甚至更多。这个戏法使人们很难意识到它们在各大洋的迅速扩张。
道恩灯塔水母本身不具备侵略性。然而,1883年首次在地中海获得记载的道恩灯塔水母并不是一种普通的水母。上世纪90年代,科学家们便认识到,这种胶质低级生物拥有一种不可思议的能力:它们居然能够返老还童!这在动物界中可谓独一无二。道恩灯塔水母可以通过变形,重返幼年阶段,然后重新开始生命过程,再次变老。这好比蝴蝶为了避免死亡而突然化身为蛹,从而获得第二次生命。道恩灯塔水母能够随心所欲地重复这样的奇迹,依靠这无与伦比的天赋,尽管其确切机制还是个谜。道恩灯塔水母已悄然攻占了整个地球,而我们几乎还被蒙在鼓里。
美国宾夕法尼亚大学的生物学专家玛利亚也是偶然才发现了道恩灯塔水母在全球的扩张。这位水螅虫纲(水母所在的分类)专家一直对灯塔水母的种系发生史感兴趣,她试图通过研究各种灯塔水母的基因组,勾勒出它们的演化历程,从而了解它们之间的亲缘关系。为此,玛利亚致力于研究线粒体基因,这是物种识别时常用的一种手段。她在世界各地提取了多组灯塔水母样本,对它们的线粒体基因做了比较,结果令人大跌眼镜。无论是日本南部还是北部,意大利还是西班牙,新西兰还是罗马尼亚,美国东部还是巴拿马的北海岸,所有水域灯塔水母的线粒体基因都完全一致。也就是说,尽管这些灯塔水母外形不同,生活区域也相隔十万八千里,但它们却同属于一类,它们都是道恩灯塔水母。这一结论绝对令人万分惊讶,同一个物种竟然可以覆盖如此广阔的地球区域。最近,这位生物学家和史密森学会巴拿马热带研究院的来西奥斯共同撰写了一篇论文,以引起科学界对道恩灯塔水母这一“无声扩张”的警觉。
周游世界
那么,道恩灯塔水母是如何占领整个世界的水域呢?水母属海洋浮游生物,它们随波逐流,而无力逆流而动。它们只能做一些短距离的上浮下潜,尾随那些微小的浮游生物并捕食它们。晚上,它们浮上海面,白天则重新潜回水底深处。在这一点上,道恩灯塔水母和其他水母并无二致。虽然它们能令人羡慕地“返老还童”,却没有长途远游的本领。更何况,它们必然是在极短的时间里完成这等伟业的!生物学家推测,道恩灯塔水母的扩张可能是在近期发生的,主要是各地样本的线粒体基因完全一致,这意味着它们还没来得及根据进化原则,随着水域不同发生改变、产生分化。道恩灯塔水母之所以能如此迅速地占领了各个大洋,无疑是它们找到了得力的帮手。
无数的船只穿梭在大洋之上,道恩灯塔水母便钻入了这些船只的压载舱。1880年前,充当船只压舱物的都是沙子、石头之类的重物。之后,人们为了省时省力,便改用海水压舱。于是,船只的压载舱便成了海洋生物迁徙的主要媒介。空船在出发前,从出发港抽取海水,灌满压载舱,抵达目的港后,再将压载舱内的海水,连同海水中的各种生物体,一起排出。
美国波特兰州立大学的一个研究小组,对两艘货船离港前和抵港后压舱海水所含物质进行了分析,结果显示,十几种无脊椎动物在航行途中迅速繁殖,其中道恩灯塔水母赫然在列。到目前为止,还无人知道如此大规模的水母扩张会对生态和环境造成什么样的影响。不过,玛利亚和来西奥斯在他们的文章中指出,由人类造成的物种扩张往往会引起严重的后果,这样的例子并不少见。
二次世界大战末期,棕树蛇隐藏在一架军用飞机上来到关岛,使得当地多种特有鸟类灭绝。原先生活在黑海和里海的斑纹蚌也曾搭乘便船占领了北美各大湖泊,它们吸附在各种水下设备上,每年造成几百万美元的损失。最著名的是原产于美洲的淡海栉水母,它们利用船只的压载舱到达黑海。这些看似无甚危害的半透明小水母,上世纪90年代对黑海的鲲鱼捕捞业造成了重大损害。它们最初可能是通过一艘货船来到欧洲的海域。1982年,一位生物学家首次在黑海发现了它们的存在。那时候,这种入侵物种就已经开始了大量繁殖,有时每立方米海水中的数量竟可多达500只!它们吃光了海里的鱼卵和鱼苗,导致渔获量迅速下滑。鲲鱼产量从1984年的20.4万吨直线下降到1993年的200吨。直到没有了食物,淡海栉水母的数量才逐步减少,得到了控制。
大量繁殖
然而,这两位科学家并没有对此类将来可能出现的问题进行预测,他们倒是对道恩灯塔水母这种大规模扩张的隐蔽性感到忧心忡忡。谁说不是呢!水母是一种特别脆弱的胶质生物,它们既没有硬骨,也没有软骨,更谈不上骨架或是可以保护自己的甲壳或贝壳。水母就这样不带任何防具,光秃秃地在水中游弋,一个气泡就能让它们粉身碎骨。既然如此,道恩灯塔水母又是如何在动荡的船舱中,成功跨越上万千米,却安然无恙呢?也许你忘了它们独特的返老还童功夫。只要道恩灯塔水母感到一丁点紧张,比如饥饿或认为末日来临,它们就会启动这一机制。而船舶压载舱的环境恰恰就给它们带来这种感觉。要弄明白道恩灯塔水母在压载舱中的反应,就必须先简单地叙述一下它们的生命周期。
一般情况下,体型微小的水母以正常方式出生和死亡。雄水母和雌水母分别在水中释放出精子和卵子,卵子在受精几小时后孵化成幼虫,幼虫尽力吸附在一个支撑物上。大多数水母在生命过程中要经历两个阶段。先是固着阶段,其形态为水螅:然后是自由阶段,其形态为水母。道恩灯塔水母的幼虫固着在支撑物上后,体形伸长,躯干上端会长出一个带有多只触手的冠状体,这就是水螅。水螅长大后,有时会群居而生。在水螅触手下的躯干上会长出一些芽状物,到了特定时期,芽状物会从水螅身上脱落,变成小水母,继续生长。从此开始它们成长、繁殖以至死亡的过程。这便是道恩灯塔水母完整的生命循环。
生命颠倒
在船上,情况大不一样。道恩灯塔水母随着压舱海水颠簸翻滚,面临着受伤、挨饿、环境骤变(海水温度、成度变化)等风险,没有安全感。于是,它们决定逆时而行,重新回到幼年的固着阶段去。它们收起触手,缩小身体,直至重新成为一个吸附在支撑物上的小躯干。道恩灯塔水母颠倒了它们的生命周期,这样的生命逆转,与一种名为“转分化”的极其特殊的细胞生长过程有关。肌体在受精到成熟的发育过程中,其构成细胞会慢慢分化成神经细胞、肌肉细胞等。而转分化则是这一过程的逆向形式,指一些具有专门功能的细胞重新回到最初未分化时的状态。那究竟是什么机制造就了这种现象?目前,研究人员已经发现了几个在道恩灯塔水母细胞“转分化”过程中非常活跃的基因。
但总体来说,转分化现象仍然是一个未解之谜。唯一可确定的是,“转分化”使道恩灯塔水母成为船舶压载舱的成功“搭乘者”。水螅们在船上无性繁殖,群居而生,一旦到了适宜的环境中便释放出数以千计的水母!就这样,道恩灯塔水母在科学家的眼皮底下,悄悄地占领了世界各地,而人们却还不知道它们最先是从哪里出发的,因为道恩灯塔水母可以根据到达的水域而改变自己的形状。