完全打碎还能重生,地球上能做到的只有这种动物

撰文 七君

在动漫《鬼灭之刃》中,大反派鬼王无惨身体碎成一块块后还可以重聚复原。但在现实中,有什么生物具有鬼王一样的能力,可以在被打碎成单独的细胞后还能重生呢?

实际上是有的,而且世界上只有一种,那就是海绵(Porifera),刷碗的那种。

在人造海绵出现前,野生海绵的确是拿来刷碗的,而且它们和鬼王一样具有破体重生的能力。

海绵 图片来源:wikimedia

如果你把海绵弄碎打散,海绵细胞会聚集成团,重新组成海绵。海绵的这种能力被称为重聚集(reaggregate)。

大家可以来看一下北爱尔兰阿尔斯特大学的研究者用淡水海绵做的演示。

海绵先被切碎,然后搅散。

放入培养皿之后,海绵细胞就又聚合在了一起。

我们来看看显微镜下海绵细胞发生了什么。

在聚集的初期,所有的细胞都是球状的。接着表面的海绵细胞就变成T形的,而中心的海绵细胞则转变成了阿米巴虫的形态。

海绵的这种能力最早是在1907年由北卡罗来纳大学教堂山分校的生物学家 H. V. Wilson 记录下的。

Wilson 发现,在环境恶化、大片海绵死亡的时候,海绵某些部位的细胞会聚集成团。如果把这些细胞团移植到合适的地方,它们就会重新发育成海绵。这块细胞团即使被打散,也能恢复原状。

Wilson 还发现,如果不同种类的散装海绵细胞被混合在一起,它们会根据物种先各自分开,然后再聚合。换言之,海绵细胞知道谁是自己人,谁是外人,眼神贼拉雪亮。

后来对海绵的研究发现,海绵聚集起来靠的是一种叫做聚集因子(aggregation factor)的化学信号。聚集因子也是海绵分辨自我和他者的重要依据。

海绵这么强,乃是因为它们在许多意义上都是独一无二的动物。

海绵是地球上最古老的多细胞动物,它们在地球上存在了7.4亿年了。2016年,麻省理工学院的研究者发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究发现,有6.4亿历史的岩石含有的一种分子24-IPC 是海绵分泌的。也就是说,海绵的出现时间比寒武纪大爆发还早1亿年。

大家可以看看,海绵 Vaceletia n.sp. 在近6500万年里几乎没有什么变化,把自己活成了化石。

海绵 Vaceletia n.sp. 图片来源:John Hooper, QM

不过,说它们是“动”物其实有些名不副实:海绵成年后动不了。大部分海绵会分泌二氧化硅或碳酸钙组成骨骼,帮助它们粘附在海底。因为动不了,海绵主要靠过滤水中的有机物生活,是滤食性的。另有超过170种海绵,如枝根海绵(Cladorhizidae)是肉食性的,能够引诱捕捉小动物。

海绵的古老从它们的身体构造就可以看出来:成年海绵的身体非常简单,它们缺乏和人类类似的真正的“组织”或“器官”,没有消化道、神经或肌肉。它们的身体是一根硬质直肠的样子,有一个进水口和一个出水口,水通过这个管道后其中的有机物就被过滤走了。

虽然没有器官,但是海绵体内却有承担类似功能的细胞。

在动物届,海绵有一种独一无二的细胞——领细胞(choanocytes)。领细胞是有鞭毛的,就像一些细菌一样。

利用鞭毛,领细胞可以搅动海水形成水流,从而过滤并吞食水中的颗粒。也就是说,领细胞的功能类似于海绵的手和嘴巴。依靠领细胞,1立方厘米的海绵可以过滤每天可以过滤20升水。

领细胞(橙色灯泡)用鞭毛制造水流,从而完成进食和排泄。图片来源:mesa.edu.au

海绵的细胞不仅能执行器官的任务,还具有一种超能力:所有海绵细胞都可以在一定条件下转换角色,这在动物界也是独一无二的。生物学家把这种超能力叫做全能分化性(totipotency)。借助这种类似于干细胞的超能力,海绵才能在碎尸万段后复原。

此外,它们体内的细胞还可以在身体内游走。一些海绵利用这种能力修复受伤的部位,还有一些海绵利用游走的细胞在海底缓慢爬行。

除了全能分化,海绵的另一个超能力就是它们的制药能力。

对于许多生物来说,海绵毒性超强。这也很容易理解,由于无法动弹,海绵必须要有一套化学武器来防御掠食者并进行沟通。

一些海绵会释放毒素“溶”掉抢占地盘的珊瑚的碳酸钙。一些海绵还可以杀死珊瑚虫。比如,纽扣珊瑚的珊瑚虫会寄生在海绵 Trikentrion flabelliformis 上。为了对抗珊瑚虫,这种海绵会生成毒素 trikentrins。后来研究者们发现,这种毒素不仅可以杀死珊瑚虫,还具有抗生素的性质,能够杀死革兰氏阳性菌(如枯草杆菌)。

白色的纽扣珊瑚的珊瑚虫寄生在海绵 Trikentrion flabelliformis (红色)上。图片来源:John Hooper, QM

但是对于人类来说,海绵制造的不少分子能治疗人类的疾病,因此具有很高的医药价值。比如,圆皮海绵内酯(discodermolide)就是一种抗肿瘤分子,贪婪倔海绵(Dysidea avara)中分离的分子 avarol 可以治疗牛皮癣。

贪婪倔海绵(Dysidea avara)图片来源:mnhn.fr

既然海绵粉身碎骨后还能复原,还具有很高的药用价值,那它们应该很适合拿来制药吧。

实际上目前商业化的只有少数海绵分子,最大的困难在于海绵供应不足。

确实,在古代,地中海地区就有人工养殖海绵,然后制成刷碗刷背的海绵的历史。海绵养殖业和渔业也曾是非常兴旺的产业,1913-1938年间,每年捕捞的海绵都超过180吨。

天然海绵制造的海绵。图片来源:pixabay

因为海绵的复原能力,养殖时只需要掰一块就可以在别的地方“种”起来了,技术含量不高。

养大的海绵收割后处理一下,就可以拿到市场上卖了。

这种拿来当海绵的海绵一般是沐浴角骨海绵属(Spongia),因为它们含有海绵硬蛋白纤维(spongin),也就是摸起来噗噗的特殊胶原蛋白。

不过,在实验室和药厂培养具有药用价值的海绵就是另一回事了。

首先,海绵虽然复原能力强,但是生长缓慢。而且一些来自海绵的生物活性物质含量很低,要提纯的话就必须要大规模密集养殖海绵。

位于西太平洋密克罗尼西亚的海绵农场

其次,大多数海绵和微生物共生,缺乏某些微生物,它们无法制造人类所需的分子。但是在密集养殖的情况下,使用抗生素和药物几乎是必然,这些药物影响的不仅仅是海绵,还可能会杀死共生微生物。这也是海绵规模化养殖的一大难点。

图片来源:bioprocess international

最后,海绵虽然能重生,但散伙的海绵细胞不能进行 DNA 复制,只有在重新聚合后才行。所以,要像在大罐子里发酵菌液那样养散装海绵宝宝,目前看也是不可能的。

总之,保温杯泡养生海绵,暂时还不能加入肯德基豪华套餐。

海绵就是海底版乐高吧。

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