黏菌已在地球上蠕动了至少一亿年

惊人的新化石揭示,至少一种白垩纪黏菌——一种“智能”巨型变形虫——看起来与今天 जीवित的黏菌完全相同

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


在1933年芝加哥世界博览会上,“雷普利信不信由你”展馆包含一个名为“木头上长头发——信不信由你!”的展览。你不应该相信它。

尽管它确实看起来像一根长着绺的木头,但游客实际看到的是黏菌Stemonitis,如图所示在本帖顶部。

现在,另一种Stemonitis也获得了一些恶名,根据期刊 Scientific Reports中的一篇新文章


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在这块东南亚琥珀中,与肯德基式蜥蜴腿一起被困住的是一种Stemonitis,与今天 जीवित的物种无法区分。它有1亿年的历史——比之前已知的最古老例子还要老6000万年。

箭头指示黏菌。蜥蜴腿在中心。比例尺1毫米。 图片来源:Rikkinen et al. 2019

比例尺200微米。 图片来源:Rikkinen et al. 2019

原生质体黏菌,Stemonitis所属的类群,是巨型变形虫。尽管它们以其他几种形式存在,但它们最著名的表现形式是一个包裹着黏液的细胞质袋,它在陆地上爬行,恐吓微生物(它吃掉它们)并吸食碎屑(也吃掉这个)。

但这只是它们的日常工作。当被正确“招募”时,它们还会以其在解决迷宫、运行城市规划模拟和顺利完成记忆测试中表现出的,有争议的智能行为令我们惊叹。

但黏菌还有另一个绝招。当它们的食物供应耗尽时,它们 变态成一系列称为孢子囊果 或孢子囊的孢子生成形式,这些形式看起来与爬行的黏液袋截然不同。它们是干燥的、静止的,并且充满了复杂的硬结构。简而言之,一种像动物一样移动的东西在短短几个小时内变成了一种看起来像真菌的东西。它们是非常奇怪的生物。 

即使有了这种更坚固的形式,黏菌化石仍然稀有。到目前为止,最古老且明确的黏菌孢子囊果是在始新世沉积的波罗的海琥珀中发现的,距今约4000万年。有趣的是,其中之一也是 Stemonitis。但看起来不太可能很快再找到更多。

对我们来说幸运的是,大约在1亿年前,在潮湿的热带森林中,一种黏菌和一只蜥蜴度过了糟糕的一天,这天与树有关。六个两毫米长、约200微米宽的黏菌孢子囊果——Stemonitis的孢子生成结构——发现自己陷入了树脂中。蜥蜴可能在致命的逃脱挣扎中弄掉了黏菌。树脂硬化成琥珀,最终流入缅甸一位矿工的手中,然后,至关重要的是,流入芬兰、美国和德国的科学家手中

关于这个标本最引人注目的是,所有相关的解剖结构和尺寸都与我们今天称之为Stemonitis virginiensis的物种的范围相匹配。孢子囊果含有装饰有脊状网络的孢子。孢子囊果含有一种称为菌丝体的纤维网络,用于分散孢子。它们还含有柄和轴柱——延伸到孢子团块内部的内部柄。

还有一个明显的细节:粘在孢子囊果底部的是沙粒,暗示着一种粘性的原生质体在孢子化之前爬到了该地点。

吹毛求疵者会争辩说,经过如此漫长的时间跨度,这不可能还是同一个物种。像我这样的浪漫主义者会争辩说,这不仅是可能的,而且有点神奇。然而,由于环境条件导致黏菌的外观变化很大,目前还无法确定。即使可以认为它是同一物种,外在的相似性也不能排除大量的不可见的分子变化。

黏菌可能在更久远的过去就存在了吗?很有可能。更古老的黏菌物种可能就在我们身边,但由于黏菌化石的稀缺,我们对此知之甚少。黏菌所属的类群变形虫是一个古老的谱系,而黏菌是其中的一个古老谱系。潮湿的热带森林是黏菌偏爱的栖息地,自古生代中期以来就已存在于地球上,大约在3.8亿年前。

正如我去年在这里写到的,可能的海洋黏菌,可能与现有种类有关,也可能无关,可能早在21亿年前就存在了。

Stemonitis为何以及如何持续存在如此之久也是令人好奇的问题。根据Scientific Reports的作者,最好的线索可以在与黏菌亲缘关系很远的生物中找到:水熊虫鲎虫

水熊虫是微小的、可爱的八足动物,也称为苔藓小猪,它们在苔藓和地衣中蹒跚而行。在一个令人毛骨悚然的相似之处中,水熊虫Milnesium tardigradum与来自新泽西州琥珀的约9000万年前的标本非常相似。

来自三叠纪的鲎虫化石——具有大头盾的掠食性甲壳类动物,这使得它们看起来像蝌蚪——也与现有物种非常相似,这意味着该属已经持续存在了至少2.3亿年。

将这些生物与黏菌联系起来的是一种称为隐生的能力。“秘密生命”是粗略但诱人的翻译,但实际上它的意思是它们都可以关闭新陈代谢并进入无限期休眠状态。在这种状态下,它们可以存活在会摧毁其他生命的环境中。

水熊虫以其抵抗极端温度、压力、辐射、脱水和太空真空而闻名。鲎虫可以在接近沸点的水中忍受短时间,并在完全干燥的情况下存活数十年,这对于它们所居住的短暂水池来说是一种至关重要的适应。在艰难时期,黏菌可能会形成“菌核”,干燥、坚硬、丑陋的小块原生质体,它们会在土壤或落叶层中等待好日子再次来临。黏菌孢子也可能保持活力数十年。

尽管黏菌、水熊虫和鲎虫的亲缘关系都很远,但它们都以相同的方式实现隐生:通过用一种叫做海藻糖的糖代替细胞中的水,海藻糖是一种由两个葡萄糖分子组成的二糖。

当然,在较长时间内关闭身体的能力减少了单位时间内世代的数量;自然选择可以作用的个体较少,必然会减缓进化速度。 

但是,去除细胞中的水分也在某种程度上使它们不受脱水、辐射、热量的变化的影响,并且至少在水熊虫的情况下,也包括太空(诚然,这些生物很少会发现自己身处太空,因此这是一种用途有限的超能力)。

休眠也使它们摆脱了适应不利条件的需求,因为每当这些条件来临时,它们都可以直接退出。在你的细胞中充满海藻糖实际上是一张“进化豁免卡”。

像这样的对自己的身体如此忠诚的生物通常被称为活化石。其他例子包括腔棘鱼水杉。人类——拥有我们强大的大脑和惊人的重要感——已经存在了大约五十万年。卑微的Stemonitis已经在四个地质时期中蹒跚而行,经历了撞击物体的碰撞,这场碰撞摧毁了地球上占统治地位的脊椎动物,经历了无数冰河时代,以及超乎想象的千年。无论你怎么评价它们,黏菌始终如一地表明它们不应被低估。

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