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海蛞蝓:夺取藻类叶绿体,当只不用辛苦求食的动物 精选

已有 25742 次阅读 2018-5-4 21:02 |系统分类:科普集锦

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“鼻涕虫“下海吞噬海藻成暗绿异兽,同化叶绿体自给自养

活在当下,我们严格遵循着大自然的规则。

每天醒来的头等大事,就是为饱餐一顿而奋斗。

那我们能不能像一棵海草,靠晒太阳填饱肚子?

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叶绿素大概能吸收阳光总能量的3%~6%。

就算把人铺在地上接收整天的阳光,摄取的能量还不如我们吃上几把谷子。

而且多数动物想靠光合作用苟活,都只会入不敷出。

但是有一种动物就真的能靠光合作用度过一生,它就是海蛞蝓

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丑吗?继续往下看,给你回回血

海蛞蝓只是一种俗称,泛指“无壳蜗牛”*,是一些保有少量外壳或是已经没有外壳的软体动物。

作为腹足纲的一员,它跟海螺、蜗牛、蛞蝓都算得上亲戚了。

名字相近的蛞蝓,就是我们常说的鼻涕虫。

下了海的鼻涕虫(误),不但色彩鲜艳了,连名字都变得洋气起来。

*注:其实,裸鳃亚目称作海蛞蝓(Sea Slug)比较准确,但多数时候“海蛞蝓”的说法包含了海牛、海兔等一系列软体动物。

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叶羊海蛞蝓

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海神海蛞蝓,形似神话中的海神格劳科斯

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绿叶海蛞蝓

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血红六鳃

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海兔子

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海の比卡丘

三大洋、极地甚至深海,都能看到海蛞蝓的身影。

它们多数生活在珊瑚礁区,为了看起来不显眼,它学着珊瑚们换上多彩斑斓的外观。

再加上原本藏在体内的鳃裸露体表,或是如螺旋状花朵、或是如绿树,不断摇摆。

海蛞蝓因此拥有各种显眼又有趣的外形。

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就算海蛞蝓的外形大变样,移动速度依然缓慢。

没有虾蟹般的外骨骼,也没有鱼类那样的内骨骼,它们出行还得靠腹足收缩蠕动。

为了省点体力,它们多数时候都选择宅着。

只有逃命瞬间,才会偶尔展现出有惊人的速度

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因为宅属性,它们的食性也只得专一一些。

得亏海里食物丰富的地方很多,它们可以选择食草、肉食,或是杂食。

食物涵盖海藻、海绵、海鞘、扁虫、水蛭、珊瑚,乃至同类相食。

基本看看它们的排泄物就能知道他们的食性,例如爱吃藻类的粪便多为绿色条状、爱吃肉类的多为黑灰色烟雾状……

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因为行动不便,它们还发展出独特的交配方式。

海蛞蝓属于雌雄同体异体受精,为了多些延续后代的机会,会和很多同伴交配。

它们基本不挑求偶对象,也不需要明显的动作,只需要眼神接触,就能快速接近进入正题。

一对一的决战反倒少见,多数时候都是交尾器与生殖孔一一相连,数只连成一线

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或者成环

事成之后,它们会挑在夜里产卵。

卵团附有粘液,能粘附在藻类或是石壁上,逆时钟螺旋排列,形如独特的花朵。

卵数从几十颗到几十万颗,依种类而异。

这些卵团也能入食入药,在福建养殖蓝斑背肛海兔的卵群带就被称作“海粉丝”。

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卵带,特别注明:不是“海粉丝”

真正能孵出来的海蛞蝓其实不多。

因为它们还有许多天敌,例如珊瑚礁鱼、虾蟹、章鱼都是它的天然大敌。

为了应对危机,它们会披上预示危险的警戒色,个别还能够产生碳酸钙骨针密布全身。

它还发展出更高级的应对策略:吸收外源物质。

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一部分海蛞蝓的角鳃里有消化管道的分枝,能将吃下去的外源物质储存备用。

比如紫灰翼海蛞蝓,在吃珊瑚和海葵时,能将它们的防御武器“刺丝胞”存在角鳃顶端变成自己的武器。

又或者海兔*,能将海绵或是藻类的二次代谢产物存储,转化为自身的化学防御物质,受到威胁时能从毒腺排出。

*注:海兔、海牛之类的称呼常常被混淆,它们其实都可以不严谨地称作“海蛞蝓”。

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同类相食,被吸进嘴里的小海蛞蝓正在放紫毒

这种独特的能力,不仅仅能用于自卫还能改善生活。

一些海蛞蝓能将叶绿体存入角鳃,从而利用光合作用,不足时再补充。

叶绿体的运用,甚至还有进阶版的。

著名的绿叶海蛞蝓便是将叶绿体直接纳入体内,从而真的变成行走的“绿叶”。

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这种吸收外源物质的能力,大大地吸引了科学家的眼光。

一些研究从截尾海兔排出的海兔毒素中,分离出多种抑制癌细胞的实验药物。

在海天牛一类中,也分离出对癌细胞具有细胞毒性的物质。

而绿叶海蛞蝓的情况,则验证了科学家对“共生关系与叶绿体来源的猜测”。

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不同物种间互惠互利的共生关系随处可见:

花生为根瘤菌提供寄生的地方,根瘤菌为花生提供氮元素;

绿藻生活在海绵的中胶层内,吸收海绵代谢出的二氧化碳,也为海绵提供了氧气;

虫黄藻生活在珊瑚内层,为珊瑚提供氧气和能量,还帮助珊瑚形成石灰质骨骼。

共生将这种伙伴关系推向极致,形成了我们所知道的生命基础。

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失去了虫黄藻的珊瑚会露出白色的钙质骨骼

绿叶海蛞蝓吸收运用叶绿体的方式,与其他海蛞蝓略有不同。

他从卵中孵化后,会四处寻找滨海无隔藻,取食后身体逐渐变绿。

它吸收了叶绿体,随后不吃不喝都能度过10个月,它的寿命也只不过一年上下。

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相比之下,其他海蛞蝓 需要不断补充叶绿体,才能维持光合作用。

绿叶海蛞蝓则能够维持叶绿体长期稳定,完全摆脱饮食进入“辟谷”状态。

研究发现,绿叶海蛞蝓不仅能够吸收叶绿体。

还能将藻类核基因中,有关编码叶绿体蛋白的部分整合进自己的基因(不能遗传)。

这能不能算是一种藻类与绿叶海蛞蝓特殊的“共生关系”?

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其实绿叶海蛞蝓和藻类的这种情况,是一种“水平基因传递(HGT)”。

HGT不同于亲代-子代式的“垂直传递”,是通过特殊方式获得外源的基因。

最有名的HGT过程,莫过于线粒体、叶绿体的起源。

也就是著名的猜想——“内共生起源学说”。

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内共生关系,最早由俄国人Mereschkowski提出。

这种猜想认为在15亿年前,自由自在的光合细菌又被异养真核细胞吞噬。

但奇怪的是,这次它没有被吸收殆尽,而是被保留了下来。

光合细菌不断产出能量维持自身,多余的能量被真核细胞吸收,两者形成互惠互利般的平衡。

这种平衡最终使两者合为一体,逐步构建起了奇怪的共生关系——内共生。

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研究者也以此解释,为什么叶绿体/线粒体都是双膜结构。

而譬如绿叶海蛞蝓所取食的滨海无隔藻,被称作次级内共生关系

整合了叶绿体的真核细胞,又可能被另一个真核细胞吞噬,保留三、四层膜结构。

这么说来,绿叶海蛞蝓所获得的至少是二手基因

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这种猜测显然不是空穴来风。

在氯化石炭藓植物中就能发现,它们从绿藻中获得叶绿体,甚至保留了额外的细胞核。

还有许多真核生物劫持了红藻的质体,就连病原体疟原虫和弓形虫内都能找到。

还包括绿叶海蛞蝓的现象,也能作为现实存在的HGT实例,用作解释“内共生起源学说”。

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近年,“养猪”猜想被提出,与内共生学说略有出入:

真核细胞与光合细菌培养出内共生关系,并不是因为偶然的吞噬

而是因为在贫穷时期,真核细胞遇到光合细菌,如同人类在农耕时期遇到了猪。

两者关系更像奴役关系,最终随着数亿年时间的推移,真核细胞将光合细菌“融合”进了体内。

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智人-猪内共生模式

但比起发现HGT现象,更大的难题反倒是为什么产生。

是原始的环境下HGT现象更易发生,又或者这就是演化的捷径?

*参考资料

David Smith. Steal My Sunshine. The scientist. 2013.

Dan Graur. Mitochondria Are Just Like Pigs: Ingesting Them May Lead to the Establishment of Stable Endosymbiosis with Humans.Judge Starling. 2016.

Kate Horowitz. 7 Vivid Facts About Sea Slugs. mentalfloss.com.

海蛞蝓生态认识篇. 自然科学、环境教育.

fengfeixue0219. 绿叶海天牛:夺取基因为光合. 果壳. 2015.




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