巨型船蛆，终于揭开神秘面纱 [视频]

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点

在菲律宾海湾的厚厚黑色淤泥下，生活着一种体型如棒球棒大小的生物，它被包裹在坚硬的白色外壳中。数百年来，它不知何故逃脱了正式的描述和解剖。它的名字叫巨型船蛆，来自美国和菲律宾的科学家们终于将其活体解剖了。

这不是一个令人开胃的景象。

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尽管巨型船蛆的空壳早已很常见，但这些壳的确切来源对科学家来说仍然是一个巨大的谜（尽管它们的名字如此，但它们不是来自船只）。当一位项目科学家在菲律宾电视台看到一部纪录片，显示这些壳像“胡萝卜”一样种植在当地浅海湾的床底时，关键的见解出现了。有了这个线索，科学家们终于能够捕获到他们的猎物。

科学家们在本周在PNAS Early Edition上发表了他们对这种蠕虫的研究结果，他们揭示了这种如此罕见的动物的许多情况，它的生物学、栖息地、解剖结构甚至饮食在很大程度上都是一个谜。他们说，这些问题的答案为该研究的一位作者近 20 年前提出的一个更大想法提供了支持：木制台阶假说。

凭借像巨型船蛆 (Kuphus polythalamia) 这样的名字，你可能会认为这种生物生活在船上。虽然正如我们所见，巨型船蛆避开了船只，而选择淹没在腐烂的木头和泥土中，但其余的船蛆确实生活在船上。但所有的船蛆，包括巨型船蛆，实际上都不是蠕虫。它们是已经进化成看起来像蠕虫的双壳软体动物。

双壳纲是海鲜自助餐上铰链壳的那些——牡蛎、蛤蜊、扇贝、鸟蛤和贻贝。在某个时候，一种标准的双壳纲动物决定从其滤食亲属那里选择不同的创新方向，并将目光投向了一种新的食物来源：沉没的木头。

只要有树，就会有掉入海洋的树。它们在那里，令人垂涎地接近，但由于其所含的聚合物（如纤维素和木质素）而令人沮丧地无法食用。这些使木头变硬的化学物质也让饥饿的陆地生物伤透了脑筋。众所周知，除了某些真菌和细菌外，它们对所有生物都不可消化。想要吃木头的动物必须寄宿能够消化坚韧纤维的微生物，就像白蚁和海狸一样。

船蛆最终以相同的方式解决了这个问题：它们允许可以消化木头的共生细菌在它们的鳃中特殊的细胞中安顿下来。然后，在钻入木头以消耗它的过程中，一个包含贝壳的双壳壳进化成一个包含蠕虫的管状壳。

每个人都对这个系统感到满意，直到一些无毛猿人产生了一个荒谬的想法，用木头建造他们的远洋船只，船蛆立刻大吃起来，让猿人感到恐惧。直到皇家海军在 18 世纪开始用铜包覆他们的船体，这个问题才得以解决，这还具有阻止讨厌的海藻的额外好处。

无论如何，这篇博文不是关于那些船蛆的，而是关于它们不听话的亲戚巨型船蛆，它们再次因创意差异而与其余的船蛆分裂。它们的新方向受到了附近一些细菌的启发。

当船蛆忙于消化所有可爱的木头时，它们周围的自由生活细菌也很忙。其中一些细菌在缺氧环境中消化木头的过程中，呼吸着海水中的一种成分硫酸盐。它们呼出的气体是硫化氢，一种人类联想到臭鸡蛋的臭气化学物质。事实证明，另一组细菌（硫自养菌）可以像阳光一样利用硫化氢。它们可以利用硫化氢中包含的能量将二氧化碳转化为糖。换句话说，它们可以像植物一样自己制造食物。

在某个时候，这些硫自养细菌侵入了附近船蛆的鳃。科学家们可以确定这是真的，因为他们将巨型船蛆的鳃放在显微镜下观察。在鳃内部，他们发现了含有硫球和称为羧酶体的细胞器的细菌，其中二氧化碳可以转化为糖。这两种结构在硫自养细菌中都很常见。

当他们对从鳃中分离出的细菌 DNA 进行测序时，它与生活在海洋微生物和热液喷口蜗牛和蛞蝓内的其他硫自养细菌非常相似。该序列包含从硫化氢制造糖所需的所有基因。

最后，他们能够在旨在培养硫自养细菌的纯培养物中分离出这些细菌。该组中的细菌与其它船蛆寄宿的消化木材的细菌没有密切关系。然而，这些以前占主导地位的细菌也存在于巨型船蛆的鳃中，尽管证据表明它们很少见——而且非常失望。

由于巨型船蛆将其收入来源从吃木头转变为寄宿自驱动细菌，它们的盲肠（储存木头碎屑的地方）、船蛆消化食物的器官以及它们用来钻入木头的肌肉都萎缩了。在这些科学家消化的样本的肠道中只发现了微量的粪便，这表明除了不需要进食（因为它们内部的细菌正在完成所有的烹饪）之外，这些蠕虫因此几乎不需要排便。

巨型船蛆确实有嘴，但它们已经越过了那座桥。它们用外壳封闭了它们的嘴，只是定期吸收它来延长它们的管子。为了取代所有这些萎缩的器官，寄宿细菌的鳃已经进化到几乎占据了整个蠕虫。作者得出结论，基于这一证据，吃木头、沉积物或过滤水来获取食物不太可能使这些蠕虫成为巨型生物。相反，它们在新细菌品牌合作伙伴的收入中变得肥胖和快乐，这些蠕虫会长成通常达到三英尺，并且可能达到五英尺的巨型生物。

有趣的是，虽然在双壳纲动物中变成蠕虫是不常见的，但寄宿硫自养共生细菌并非如此。其他五个双壳纲科也这样做，因此也许这些蠕虫有一些预适应，使得这种特殊的职业变化更容易。

科学家们还认为，船蛆的生物学支持了主要作者丹尼尔·迪斯特尔的一个老想法：“木制台阶”假说。这个想法认为，生活在深海热液喷口周围的大型硫自养贻贝是从生活在沉没木头上的较小贻贝进化而来的。这些祖先贻贝利用分解木头的细菌产生的硫化氢，但喷口液体是一种简单的替代品。今天，许多双壳纲动物和几种管蠕虫在热液喷口、冷泉（硫化氢、甲烷和其他碳氢化合物从海底渗出的地方）和沉没的木头中都生活得同样好。因此，木头是一个垫脚石，可以将硫自养动物引入热液喷口，然后帮助它们像深海波利尼西亚人一样，通过岛屿间跳跃的沉没木头在喷口之间传播。

现在看来，巨型船蛆在到达菲律宾散发着恶臭的沉积物中的最终目的地之前，也在木头中停留过。双壳纲动物和管蠕虫是否也开始吃木头，只是后来才偶然发现了硫化氢的美食？如果是这样，那么木头这种仅在阳光闪耀的领域中产生的物质，不仅是深海最黑暗栖息地之间的垫脚石，而且也是整个生活方式之间的垫脚石。

参考文献

Daniel L. Distel、Marvin A. Al;tamia、Zhenjian Lin、J. Reuben Shipway、Andrew Han、Imeleda Forteza、Rowena Antemano、Ma. Gwen J. Penaflor Limbaco、Alison G. Tebo、Rande Dechavez、Julie Albano、Gary Rosenberg、Gisela Concepcion、Eric Schmidt 和 Margo G. Haygood。“巨型船蛆 Kuphus polythalamia (双壳纲: 蛀船蛤科) 中化能自养共生现象的发现延伸了木制台阶理论。”PNAS Early Edition。2017 年 4 月 17 日在线发表于印刷版之前，doi：10.1073/pnas.1620470114