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本想弄成科普博客,不小心成了图片博客,贴篇文字的凑数吧,专业大牛们就不要看了,惭愧
人人为我,我为人人
——互利共生的精神
生物的世界总是没有人类社会般错综复杂,高效而直接的丛林法则处处在支配着一切。为了生存和繁衍后代,动植物们往往要争得你死我活,那些场面血腥的捕食和追逐,那些为了争夺雌性个体而进行的角斗,那些看似安静却暗中夺取阳光养分的植物竞赛,以及那些贪婪的损害寄主健康的寄生虫……无不诉说着自然界的残忍和冷酷。难怪捕食者要进化出越来越锋利的獠牙,而被捕食者要配备更为敏锐的感官和快速制动的躯体;难怪雄性个体必须越来越强壮,从而将更优秀的基因传递下去;也难怪加拉帕戈斯群岛的地雀演化出了各种喙型,占领不同的生态位,从而在资源有限的环境中存活下来。然而,是否冷漠的生存洗礼是生物界唯一要体现的方式呢?其实只要留意观察,我们也不难发现大自然更温情的一面——互利共生,这种特别的种间相互关系,不但没有竞争和对抗,还使双方均能从中受益,彼此因为对方的存在而在自然界中拥有更高的适应性和竞争力。
蚜蚁共生——蚂蚁是牧场主
蚂蚁是很神奇的社会性昆虫,它们的社会关系井然有序、等级分明。工蚁作为底层的劳动阶级,要做很多觅食、修建的工作,除了满世界地去找食物,它们还会“饲养”,这与人类饲养奶牛的情景类似。蚜虫就是它们钟爱的饲养对象之一,在有蚜虫分布的地区,经常可以见到蚂蚁的身影,这是因为蚜虫的排泄物(蜜露honeydue)含有大量的糖分和氨基酸,为蚂蚁提供了营养丰富又好吃的食物来源,我们都知道蚂蚁是很喜欢甜食的。而蚜虫的几乎大部分时间都是趴在植物的嫩茎嫩叶上猛吃,产量颇高。当蚂蚁们想吃甜食的时候,会轻拍蚜虫的腹部,促使蚜虫生产蜜露。除了蚜虫,蚂蚁还会饲养其他昆虫得到蜜露,在电影《别惹蚂蚁》中,主角小男孩变成蚂蚁一般大小,在蚁穴中受到蜜露款待,那情景还真是令人印象深刻。蚂蚁作为牧场主,不仅仅从蚜虫那里得到它们喜爱的甜点,当有危险来临时,它们也会奋力保护好自己家的“奶牛”。因为它们家的“奶牛”多数很肥,把大部分时间花在吃东西上,又不爱运动,当危险来临时,它们跑也跑不快,只好装死从植物上掉落,在它们的天敌面前往往很无力,而有灵活机警的蚂蚁保护就不一样了,蚂蚁会第一时间拖着蚜虫逃跑,直至转移到安全地带,在一定程度上避免了天敌的捕食。
看,蚜蚁之间就是这样达到互相帮助、互相利用的目的的。一方提供食物,另一方为其提供军事保护,这和古代的附属国给大国进贡以求免被他国侵占很像吧。
小丑鱼和海葵也是互利共生的经典例子。海葵看似植物,实则隶属于腔肠动物门珊瑚虫纲六放珊瑚亚纲海葵目,是一类低等的无脊椎动物。广泛分布于热带海域,通常栖息于浅海的石隙、珊瑚礁和大洋底部。海葵以口周围的触手捕食,柔软的触手中暗含刺细胞,能够分泌毒素,猎物一旦触碰到了这些毒素,就会立刻被麻痹杀死。这些美丽而危险的巨型海葵却是小丑鱼、小虾和寄居蟹的家园,小丑鱼从出生便开始寻找适合的海葵安家,得不到海葵庇护的幼鱼很容易被其他大鱼捕食。它将海葵分泌的粘液涂在身上,便可轻松悠然于触手之间,而不会受到刺细胞的威胁。小丑鱼对天敌的自身防御能力很弱,一旦遭遇大鱼,便缩回海葵里,紧追不舍的大鱼如果不明敌情,跟着过去,便成了海葵的口中美味。海葵不但能提供保护,吃剩下的残渣也可作为小丑鱼的食物,而作为回报,小丑鱼也会为海葵清除身上的寄生虫、淤泥和粘液。有了小丑鱼这个“活诱饵”,海葵也能捕食到更多的食物。
地衣——菌藻共生体
地衣通常附生于树皮、木材、土壤、腐殖质或裸露的岩石上,有叶状、枝状和壳状三种形态,因其形态近似植物,许多人都误以为地衣是植物,其实不然,地衣是藻类和真菌的共生体。根据魏泰克的五界分类系统(1969),生物被分为原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。后四类均属于真核生物的范畴。后来沃斯等人将生物分为六界(1977),区别在于他将原核生物界又细分为真细菌界和古细菌界。组成地衣的藻类属于低等的植物,而真菌却是和动物、植物平级的一类生物。菌藻共生体中的藻类主要包括蓝藻和绿藻,共生的真菌绝大多数为子囊菌类,这些真菌和藻类之间以互利共生的关系相互依存,在长期的进化过程中达到了一种平衡稳定的状态。藻类可进行光合作用,为真菌提供有机营养物质,而真菌在藻类外面形成保护,避免了有害元素和机械损伤对藻类造成危害,还可以改善共生体的水分状况,提高抗旱能力,而且菌丝中的高浓度可溶性无机盐还可以为藻类补充所需的盐分。菌类和藻类的这种密切的结合,使它们适应环境的能力特别强。在干燥环境中,地衣会变干,但一遇到潮湿的空气,就又能恢复生长。它们对温度变化的适应度也很广,从60℃到-50℃都有地衣种类的存在。因此。地衣常常作为植被群落演替中的先驱者,在各种自然环境,乃至一些荒漠中都能发现它们的踪迹。这种稳定的互利关系只在特定的真菌和藻类中出现,如果把培养的真菌和其他非共生的藻类相结合,那些非共生藻类总是被寄生和破坏。
相比蚜蚁共生,地衣的菌藻共生的关联程度更加紧密。蚂蚁和蚜虫在一起对双方都有利,但是离开对方也可以独自生存。而在地衣的菌藻共生关系中,已经达到了相当紧密的程度。从形态结构上来看,地衣分为上皮层、藻胞层、髓层和下皮层四部分。上、下皮层由菌丝紧密交织而成,上皮层下部为藻胞层,在排列疏松的藻胞层之间夹杂有许多藻细胞,而藻胞层下面为髓层,由较疏松而粗大的菌丝体交织而成,专门贮存空气、水分。有人做过试验,将地衣植物体中的藻类和真菌分开培养,发现藻类可以生活很长时间,而真菌被饿死。说明真菌不能单独生活,地衣体中的真菌必须依靠藻类生存。有些地衣菌类还没有在地衣之外的形态中被发现过。根据互利共生的紧密程度,人们将互利共生分为兼性互利共生和专性互利共生两类,兼性互利共生指的是两种生物在一起生活对双方都有利,但离开对方也可存活,如蚜蚁共生的例子;而专性互利共生指两种生物只能在一起生活,离开对方后无法生存,比如地衣的例子。
胞内共生——共生系统演化的高级形态
比地衣这种体内胞外共生更进一步的共生形式是胞内共生现象。关于真核生物的细胞器(动物细胞的线粒体和植物细胞的叶绿体)的起源,有学者提出了内共生学说,即认为真核生物的线粒体和叶绿体,分别起源于被真核生物吞噬的细菌和蓝藻,这些被吞噬的细菌或蓝藻与其宿主间形成共生关系,经过长期的演化,形成了目前的线粒体和叶绿体。
1970年Margulis在分析了大量资料的基础上提出,真核细胞的祖先是一种体积巨大的、不需氧的、具有吞噬能力的细胞,能将吞噬所得的糖类进行酵解取得能量。而线粒体的祖先——原线粒体则是一种革兰氏阴性菌,含有三羧酸循环所需的酶系和电子传递链,故它可利用氧气把糖酵解的产物丙酮酸进一步分解,获得比酵解更多的能量。当这种细菌被原始真核细胞吞噬后,即与宿主细胞间形成互利的共生关系,原始真核细胞利用这种细菌(原线粒体)充分供给能量,而原线粒体从宿主细胞获得更多的原料。
关于叶绿体和线粒体的起源,在科学界仍存在争议,也有人持相反的观点,认为叶绿体和线粒体是通过细胞膜内陷而逐渐形成的。然而,不可否认的是,目前,内共生假说已得到大部分科学家的认可。并有一些证据支持了这一理论,例如:线粒体和叶绿体内的DNA与细胞核中的DNA不同,为单一的环状双链DNA分子,而细胞核DNA为双螺旋状。其形状和大小更接近细菌的DNA。线粒体DNA分子不包含的非编码区,而细胞核DNA含有大量的非编码区即“内含子”。线粒体具有双层膜,最里面的膜与细胞内的其他膜成分不同,更接近于原生生物的细胞膜。叶绿体的某些内部结构和生化特性与蓝藻很接近。等等。
由此看来,自然之理并非只有达尔文的“物竞天择,适者生存”,也存在着互助和双赢。宽松者,生活在一起对彼此更为有利,但离开对方依然可以生存下去;而紧密者,从外在结构到内部生理生化过程,都因为这种协作而发生了调整,这就类似于人类的社会分工,每一方都各尽所长,使得整体效益最大化。“人人为我,我为人人”,就是这种精神的概括吧。
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