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
在生物学世界中,有植物,有动物,还有植物-动物。具体来说,就是苔藓动物,苔藓虫。
[公共领域海克尔插图—点击查看大图]
我提到这一点是因为最近弗吉尼亚州有人与这些生物不期而遇,其惊人程度足以导致发布新闻稿。当苔藓虫引发新闻稿时,这本身就是值得报道的新闻。
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这一切都始于十月份,弗吉尼亚州纽波特纽斯市的某人在遛老板的狗时,在一个人工湖中发现了一些漂浮物。一些软绵绵的东西。一些糊状的东西。一些活物。虽然这不是同一个标本,但这是一个YouTube视频,展示了如果您那天遛狗可能会看到的东西。
在弗吉尼亚海洋学院威廉玛丽学院的科学家们绞尽脑汁、交换电子邮件后,这个糊状物被认为是巨大的淡水苔藓虫——Pectinatella magnifica,“壮丽苔藓虫”。关于这一点有两件有趣的事情:1. 它是淡水苔藓虫——它们几乎都生长在盐水中。2. 它是苔藓虫!苔藓虫就像珊瑚世界的鲸鱼——它们不是珊瑚,但已经进化成相同的滤食性水螅状生态位。它们非常古老——大约有5亿年的历史。它们生物学上的一些奇异细节帮助它们躲过了生物学家们将它们归类到地球家谱中的最佳努力。
苔藓虫进化于奥陶纪,地质时期紧随寒武纪生命大爆发之后,大约在5亿年前,与它们表面上相似的珊瑚几乎同时出现。苔藓虫是群居或集体生物,类似于蜂群、团藻或海樽。每个独立的群体成员都是一个小动物,有时会分泌碳酸钙外壳,并与周围的所有外壳融合。其他的,比如我们壮丽的苔藓虫,主要由胶状物和水组成(拉丁名称Pectinatella很好地暗示了这一点)。
这个小动物——可爱地称为虫胞——非常简单:它有一个U形肠道和一个纤毛触手冠,称为触手冠,它可以外翻来进食。触手上的纤毛拍打以吸入食物,您可以在这个激动人心(对于苔藓虫而言)的视频的大约1:35处清晰地看到这种效果,在触手冠外翻后大约在:42处。这里有不同的视角。嘴巴在环状或马蹄形的冠内。一个简单的体腔,一个分泌的保护性外层,一些神经和肌肉细胞,以及可能的一个卵巢和/或睾丸几乎就是它的全部了。为了呼吸,虫胞通过其纤毛触手产生的大表面积进行气体交换。为了排泄废物(相当于尿液,在脊椎动物中由肾脏的复杂结构收集),它也做同样的事情。
[来自维基共享资源的触手冠照片—知识共享许可—点击查看大图]
如前所述,当小动物饿了时,它会将触手冠伸入水中,并拍打触手上的纤毛。但还有更多——整个虫胞也可以来回摇摆并扭动其触手冠,以增加捕获食物的机会。没错:它们会跳一段小小的觅食舞(设置为“Stayin' Alive”或“Hungry Like the Wolf”的虫胞舞蹈YouTube视频将在4、3、2...中出现)。由于今天许多苔藓虫都是结壳状垫,当它们伸出触手冠时,它们看起来就像苔藓。因此,得名苔藓动物。不需要叶绿素。
在一些苔藓虫中,单个动物专门负责觅食、防御(一些苔藓虫甚至可以沿着它们的小防御棘刺“行走”)或繁殖等功能。在另一些苔藓虫中,每个个体都执行与其他人相同的任务。它们可以附着在几乎任何静止的表面以及一些移动的表面上:岩石、海带叶片、游荡的寄居蟹壳等。
[苔藓虫化石—点击查看大图。照片由公园管理局提供,根据知识共享许可获得许可]
并非所有苔藓虫都是结壳状垫;它们的形态可能非常奇特——再次看看本文开头19世纪博物学家插画家恩斯特·海克尔绘制的活体苔藓虫的版画。5亿年的时间足够漫长,从我们拥有的化石来看,苔藓虫在遥远的过去可能更加多样化和怪异。苔藓虫的形状各异,从微小的针状虫胞高层建筑,到蕾丝状穿孔结壳片,再到奇特的阿基米德苔藓虫,顾名思义,它看起来像一个阿基米德螺杆,带有窗格状(窗口状)扇形结构,其中可能栖息着虫胞。
[珊瑚虫水螅体素描—公共领域]
从表面上看,珊瑚虫水螅体,或单个珊瑚动物,是非常相似的东西:一种小动物,它分泌坚硬的外壳,并将一顶滤食性触手冠伸入和伸出其石质家园。但尽管它们与群体滤食性珊瑚(刺胞动物门中水母和海葵的亲戚)有诸多相似之处,但它们并非珊瑚。
它们属于自己的小群体(在此处查找并点击苔藓虫),一个孤立的分类单元(基于进化关系的生物分类单元),在形态学和遗传学上都非常神秘,以至于科学家们似乎无法确定该群体是属于原始口动物(昆虫、甲壳动物、节肢动物、水熊虫和线虫)还是后口动物(脊椎动物、棘皮动物和被囊动物)这两个基本的动物群体。
为什么?将这些生物的基因与其他基本动物群体或门进行比较,并没有清楚地确定它们如何归类。而且,我们通常用来对动物进行分类的发育和解剖的物理特征在苔藓虫中充其量也是模棱两可的。就好像这个分类单元在给分类学家们竖起谚语般的分类学“中指”。例如,科学家经常使用动物用来制造其内部器官的组织类型对其进行分类,认为这种特性是高度保守的。苔藓虫毫不客气地摧毁了所有幼虫的内部器官,并在成年后制造全新的器官。到此为止。
在大多数动物中,受精卵开始分裂后形成的空心细胞球中会形成一个小凹陷。在原始口动物中,第一个小凹陷变成生物的嘴巴。在后口动物中,第一个凹陷变成肛门,第二个变成嘴巴(proto = 第一个,deutero= 第二个,stoma=嘴巴)。在苔藓虫中,空心细胞球中的第一个小凹陷消失了。它们从稍后在附近形成的不同凹陷中形成嘴巴。例子不胜枚举,但您应该明白了。
无论如何,我们特殊的P. magnfica——一块坚固、毛茸茸的虫胞片,围绕着一个大的凝胶状球体——似乎并没有特别在意其不为人知的、门类屈折的地位。它在其同类中算是巨大的——它们通常长到一到两英尺宽,而新闻稿中的苔藓虫大约有四英尺。要近距离观察其凝胶状的辉煌标本,请点击此处(以及上面,经作者许可),查看Pectinatella触手冠的一些精美特写照片,以及当群体被放置在陆地上时相当令人不安的景象(是的,P. magnifica,陆地会让你的群体看起来很胖),以及此处,查看该物种解剖结构的一些精彩图纸。
最后,值得注意的是,这个东西是在人工湖中发现的。据科学家称,它的存在是一个好兆头:水质很高。由于苔藓虫以藻类为食,这可能意味着通常令人讨厌的微生物得到了控制。但是,这样一个奇怪而巨大的东西是如何到达那里的呢?看看本文开头照片左上角的结构。那是一些苔藓虫产生的一种称为静胞的休眠结构。您可以在此处和此处更近距离地查看。注意那些钩状物。想想它们可能如何与狗毛或鸭毛相互作用。之后,只需加水即可。
参考文献
Tudge, C. The Variety of Life. 牛津大学出版社, 2000.
DK Publishing. Prehistoric Life: The Definitive Visual History of Life on Earth. DK Adult, 2009.
Purves, W., Orians, G., and Heller, H. Life: The Science of Biology. 第4版. Sinauer Associates, Inc., 1995.
Gould, J., and Keeton, W. Biological Science. 第6版. New York: W.W. Norton & Company, 1996.
关于作者:詹妮弗·弗雷泽是一位生物多样性博主和荣获AAAS科学新闻奖的科学作家,她曾为怀俄明论坛鹰报、波士顿环球报、(路易斯维尔)信使日报、高地新闻和真菌杂志撰稿。她拥有康奈尔大学的两个生物学学位和麻省理工学院的科学写作硕士学位。她在她的博客艺术变形虫上撰写关于地球生命光谱的文章,并在@JenniferFrazer上发布推文(偶尔)。像大卫·圣·哈宾斯一样,她也担心黏菌潜在的统治世界的计划。
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