被砍头或长出俩头:真涡虫"大卸八块"为何也能重生

2017-08-07 00:02:33 来源: 网易科学人
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如果你切断微型真涡虫(planarian flatworm)的头,在几天内它就会长出一个新的,有时还会长出两个;如果你把一条微型真涡虫截成两段,其就会长成两条新的成体;如果你从微型真涡虫身上切下一块组织,那么它也能发育成一条成虫;如果你将一个健康的成体细胞移植到垂死的成虫身上,该细胞会逐步分裂出皮肤、神经以及肌肉,最终也会发育成整个成虫。就像一名19世纪的自然学家指出的那样,微型真涡虫几乎可以称之为“不死之身”。

出品|网易科学人栏目组

译者|晗冰

被砍头或长出俩头:真涡虫大卸八块为何也能重生

对于人类来说,如果被砍下脑袋,将是致命的。但对于微型真涡虫(planarian flatworm)这种蠕虫来说,却是件稀松平常的小事。

这些小动物是再生界的专家。如果你切断微型真涡虫(planarian flatworm)的头,在几天内它就会长出一个新的,有时还会长出两个;如果你把一条微型真涡虫截成两段,其就会长成两条新的成体;如果你从微型真涡虫身上切下一块组织,那么它也能发育成一条成虫;如果你将一个健康的成体细胞移植到垂死的成虫身上,该细胞会逐步分裂出皮肤、神经以及肌肉,最终也会发育成整个成虫。就像一名19世纪的自然学家指出的那样,微型真涡虫几乎可以称之为“不死之身”。

班加罗尔国家生物科学中心研究学者Akash Gulyani表示,“你对微型真涡虫的了解越多,喜爱就越多。”尽管很多研究人员在研究微型真涡虫时往往关注的是这种生物是如何做到重生的,但Akash Gulyani研究的重点在于这些生物如何认识这个世界。由于在重生过程中微型真涡虫的眼睛、头以及大脑都会重新生长,因此Akash Gulyani想要弄清楚其感觉如何恢复。

如果你仔细观察微型真涡虫的头部,就会看到两个黑点,这是微型真涡虫的眼睛,每一个眼睛中都有一个能够检测光线的杯状体,能够感知到的光的存在以及方向。但是微型真涡虫的眼睛并不像人类的眼睛那样有晶状体,也就无法对物体进行聚焦,因此微型真涡虫能够看到的只是模糊、低分辨率的物体。而眼睛接收到的光线主要由其头部中的两个神经元簇进行处理。从某种意义上说,这些神经元可以被称之为大脑。在这种生理条件下,微型真涡虫只具备最简单的视觉行为,比如说避开强光。

但是,当Akash Gulyani真正着手开始深入进行研究时,他发现微型真涡虫偏爱某些特定的颜色。如果同时出现蓝色光源以及绿色光源,微型真涡虫几乎总是朝着绿色光源进行移动;当在绿色以及红色光源之间进行选择时,微型真涡虫似乎更喜欢红色。更令人惊讶的是,微型真涡虫甚至可以分辨出蓝色以及红色的不同色调。这有些出乎Akash Gulyani的意料,因为Akash Gulyani这种低端生物本不该有色觉。

人类之所以能够分辨不同的颜色,是因为我们的眼睛中含有三种称之为视蛋白的光敏材料。,每一种视蛋白都可以对不同波长的红、蓝、绿光做出反应。通过反应的不同,我们的视神经可以分辨出眼睛所看到的颜色。但对于微型真涡虫来说,其只有一种视蛋白,因此从理论上讲起无法区分蓝色和绿色。但是,正如Akash Gulyani所说,“这些小家伙总是能做出明确的选择。它们就像是小型的机器。”

Akash Gulyani认为,微型真涡虫分辨颜色的方式与人类并不相同。微型真涡虫的单一视蛋白对蓝光反应最强烈,但对于其他颜色的反应较弱。从本质上说,微型真涡虫能够感觉到不同光线亮度的差异,也就是说,在微型真涡虫的眼中,蓝色要比红色和绿色更亮,因此其就会避开蓝色,移动到相对黑暗一些的地方。Akash Gulyani的学生Nishan Shettigar通过实验也证实了这一点。其在试验中对不同颜色的灯光亮度进行了调节。当亮度达到平衡时,微型真涡虫对颜色的偏好就消失了。

创造论者喜欢拿眼睛作为反对进化论的有力证据,其往往声称诸如眼睛这类器官是如此复杂,不可能通过进化来形成。但是现实告诉我们,人类、鹰以及章鱼的眼睛都是由简单结构进化而来——先是光敏细胞组成的平面结构逐步进化成杯状体,最终演化为有聚焦能力的晶状体。

而眼睛的每一次进化都为我们增添了新功能,比如提高对物体的辨识度或是能分辨出更多色彩。视觉专家丹尼尔·尼尔森(Dan-Eric Nilsson)曾经表示,“眼睛并不是从无到有。它们先是仅仅能够完成简单的功能,然后越来越复杂。”而理解眼睛进化的关键在于研究出眼睛的主人使用它们做什么。

这就是为什么说对真涡虫的研究有如此重要的意义。Stowers医学研究所研究员Alejandro Sánchez Alvarado表示,真涡虫的眼睛“仅仅能够检测到光线”,“但我们观察到很多陆生真涡虫能够准确捕猎白蚁,还能够完成各种复杂的事情。”显然,Akash Gulyani的研究有助于解释其原因,可以说,这些生物的眼睛比人们认为的要更为复杂。

实际上,真涡虫甚至不需要眼睛。当研究团队切下真涡虫的头部,其不再对可见光产生反应。但当研究团队用紫外线照射真涡虫时,这些无头生物就悄无声息地游开了。Akash Gulyani称,“学生们感到非常吃惊”。

包括苍蝇、线虫、以及墨鱼在内的很多生物,在皮肤上都分布着光敏组织。通过光敏细胞,它们可以感知到周围环境光线变化。这种感知能力对于真涡虫来说非常有用,因为当真涡虫被切成两半时就失去了眼睛,如果感知不到周围光亮的变化,其在阳光下就非常脆弱。但因为有了皮肤表面的感光细胞,其就能够远离明亮的阳光。

而当真涡虫的眼睛和大脑完全再生后,其就会取代皮肤感光组织的作用。Akash Gulyani表示,“往往在第五到六天,真涡虫的再生大脑就会接管躯体活动。”

微型真涡虫往往需要四天时间才能够长出新的眼睛。而在第五天之后,眼睛能够和大脑重新建立链接。在这个临界点上,真涡虫能够避开强光,但却无法区分颜色和亮度的微弱差异。想要做到这一点,微型真涡虫需要一个星期左右的发育时间。

当这些动物再生时,是否会激发身体的进化呢?这一点相当吸引研究人员,也是Akash Gulyani现在主要测试的一个想法。真涡虫的眼睛功能是否会随着每一次再生而不断增强?是否会感知到更多的色彩?Akash Gulyani指出,“我们认为会解开更多的生物学秘密。”

郭浩 本文来源:网易科学人 责任编辑:郭浩_NT5629
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