本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
有时我只想向您展示一些美好的事物。所以今天我推出一个新专题:奇妙的事物。这个名字取自我博客的标题,但也受到霍华德·卡特的启发。当他闯入图坦卡蒙的陵墓时,他在洞里插了一根蜡烛,观察里面的东西。停顿片刻后,他的赞助人卡纳冯勋爵问他是否看到了什么。“是的,”卡特回答。“奇妙的事物。”
所以这是奇妙的事物#1:鼓藻。当我在前几篇关于苔藓的文章中写到世代交替时,我偶然发现了这些。鼓藻拥有微小、雕刻般的身躯和一些明显的非植物行为,是华丽的植物界怪人。对它们最好的描述可能是“凿刻而成”——虽然不是那种来自蛋白奶昔和6分钟腹肌的凿刻。这更像是来自拥有意大利姓氏和利润丰厚的教皇委托的人的那种。
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月鼓藻属
这一个,带有华丽的旋钮状装饰,图案错综复杂,看起来像是巴比伦5号太空飞船设计师梦寐以求的。根据林恩·马古利斯和卡琳·施瓦茨的说法,鼓藻通常装饰有刺、旋钮、颗粒或其他突起。
微星鼓藻属
这是一张微星鼓藻属,类似于马耳他十字或希腊十字
星鼓藻属
根据加里·拉尔森的说法,这似乎是大自然说“请勿触摸”的另一种方式。
信不信由你,这些都是植物。鼓藻是绿藻,大多数植物学家认为绿藻是最早进化的植物。我们可以判断它们与植物密切相关的一种方法是,它们共享相同的光合色素——叶绿素a和b——因此具有相同的熟悉的绿色光芒。像其他植物一样,它们也构建由纤维素制成的细胞壁,并在双层膜结合的叶绿体内部储存淀粉和叶绿素。
鼓藻是双重生命形式。大多数细胞有两个明显的叶片,由一个峡部连接,如您在上面看到的。它们的名称由此而来;“desmos”在希腊语中是“结合”的意思。桥内部是细胞核,每个叶片中都有一个大的叶绿体,叶绿体可能具有叶片、板状或其他向外辐射的“突起”。少数物种是群生的,以链状而不是成对形式出现。鼓藻是淡水生物——如泥炭沼泽或贫矿池塘。
这些植物的另一个显着特征是它们表面覆盖着粘液。它们通过细胞壁上的孔分泌粘液鞘。这些粘稠的涂层寄宿着不寻常的,可能具有共生关系的细菌。在这张黄胞鼓藻属Xanthidium的图片中,您可以看到一些细菌(我认为)粘附在透明的粘液层上。
这些植物不仅表面覆盖着粘液,而且实际上可以自行移动。这段新月形鼓藻Cosmarium的视频(鼓藻既有十字形又有新月形,这难道不有趣吗?)展示了这一特征。观看至两分钟标记即可。之后速度会变得非常慢。
“植物怎么能做到这一点!?” 确实,先生。特别是考虑到它没有鞭毛。根据马古利斯和施瓦茨的说法,分泌物中一种常见的细胞蛋白,称为肌动蛋白(您的身体中富含这种物质)可能是罪魁祸首,尽管我不清楚具体是如何实现的。
我一直无法发现两端硫酸钡晶体的功能,并且旁白令人沮丧地在他即将就此主题给出一些想法之前戛然而止。然而,硫酸钡晶体很重。我在今年早些时候的一篇文章中提到,另一种绿藻——轮藻属Chara——使用重硫酸钡作为重力感应系统,因此这是有可能的。
虽然它们在上一段视频中正在移动,但晶体并非被主动推进;相反,它们正在展示“布朗运动”(还记得高中化学中的这个吗?),即液体中小颗粒因水分子随机轰击而产生的运动。
鼓藻可以进行有性和无性繁殖,这两种过程都非常有趣。如果您必须猜测,您认为鼓藻将如何进行无性分裂?现在花几秒钟在脑海中想象一下。现在将您想象的分裂与现实进行比较。您会猜到这就是它们的方式吗?(注意:视频是延时拍摄)
像所有其他植物一样,鼓藻也可以进行有性生殖。与其余植物不同,鼓藻不产生精子。事实上,它们甚至懒得产生有性别的配子。相反,它们的细胞变得像变形虫一样。鼓藻分开,每一半从其壳中爬出来与配偶融合。有时,只有“雄性”变形虫爬入“雌性”的壳中,在那里形成合子。以下是在一种密切相关的藻类(尽管不是鼓藻)——水绵属Spirogyra中该过程的样子。

您是否注意到融合的细胞并没有简单地保持成一堆巨大的细胞质?相反,它们凝结成一个球状物体。这就是合子,它形成一个孢子状的休眠结构,本身就非常漂亮。在这张令人惊叹的照片中,由Wim von Egmond拍摄,您可以看到鼓藻在融合形成美丽的合子之前是如何抛弃它们的壳的。您还可以看到合子(有时称为合孢子)被放置在这张恩斯特·海克尔绘制的鼓藻多样性图像的中心。排空的壳围绕着它。另请注意许多其他奇妙的鼓藻形态。
带刺的合子是否让您想起了什么?那些研究过真菌的人可能会发现它与真菌的有性生殖结构——称为白粉病——惊人地相似,白粉病是我草本植物园艺工作的祸害。将鼓藻合子与这些真菌制造有性孢子的有色、装饰性外壳进行比较——特别是Microsphaera和Podosphaera。在鼓藻中,合孢子也是有性细胞分裂发生的地方,藻类子细胞将在时机成熟时出现。
我想给您留下这段清晰的视频,该视频很好地概述了微星鼓藻属Micrasterias。注意观察在 :21 时挤出在左侧的粘液渗出物。不过,最好的部分是前几秒,它展示了大量这些小微生物在逼真的栖息地中。当您看到最初的几张图像时,想想它们每一个都是微小而极其复杂的植物,宽度只有几十微米。