完全打碎還能重生的動物，地球上只有它

 

天然海綿制造的海綿。圖片來源：pixabay

 

在現(xiàn)實(shí)中，有什么生物可以在被打碎成單獨(dú)的細(xì)胞后還能重生呢？

 

實(shí)際上是有的，而且世界上只有一種，那就是海綿（Porifera），刷碗的那種。

 

在人造海綿出現(xiàn)前，野生海綿的確是拿來刷碗的，而且它們具有破體重生的能力。

 

如果你把海綿弄碎打散，海綿細(xì)胞會聚集成團(tuán)，重新組成海綿。海綿的這種能力被稱為重聚集（reaggregate）。

 

大家可以來看一下北愛爾蘭阿爾斯特大學(xué)的研究者用淡水海綿做的演示。

 

 

海綿先被切碎，然后攪散。

 

放入培養(yǎng)皿之后，海綿細(xì)胞就又聚合在了一起。

 

我們來看看顯微鏡下海綿細(xì)胞發(fā)生了什么。

 

 

在聚集的初期，所有的細(xì)胞都是球狀的。接著表面的海綿細(xì)胞就變成T形的，而中心的海綿細(xì)胞則轉(zhuǎn)變成了阿米巴蟲的形態(tài)。

 

海綿的這種能力最早是在 1907 年由北卡羅來納大學(xué)教堂山分校的生物學(xué)家 H. V. Wilson 記錄下的。

 

Wilson 發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境惡化、大片海綿死亡的時候，海綿某些部位的細(xì)胞會聚集成團(tuán)。如果把這些細(xì)胞團(tuán)移植到合適的地方，它們就會重新發(fā)育成海綿。這塊細(xì)胞團(tuán)即使被打散，也能恢復(fù)原狀。

 

Wilson 還發(fā)現(xiàn)，如果不同種類的散裝海綿細(xì)胞被混合在一起，它們會根據(jù)物種先各自分開，然后再聚合。

 

后來對海綿的研究發(fā)現(xiàn)，海綿聚集起來靠的是一種叫做聚集因子（aggregation factor）的化學(xué)信號。聚集因子也是海綿分辨自我和他者的重要依據(jù)。

 

海綿這么強(qiáng)，乃是因?yàn)樗鼈冊谠S多意義上都是獨(dú)一無二的動物。

 

海綿是地球上最古老的多細(xì)胞動物，它們在地球上存在了 7.4 億年了。2016 年，麻省理工學(xué)院的研究者發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，有 6.4 億歷史的巖石含有的一種分子 24-IPC 是海綿分泌的。也就是說，海綿的出現(xiàn)時間比寒武紀(jì)大爆發(fā)還早 1 億年。

 

大家可以看看，海綿 Vaceletia n.sp. 在近 6500 萬年里幾乎沒有什么變化，把自己活成了化石。

 

不過，說它們是“動”物其實(shí)有些名不副實(shí)：海綿成年后動不了。大部分海綿會分泌二氧化硅或碳酸鈣組成骨骼，幫助它們粘附在海底。因?yàn)閯硬涣?，海綿主要靠過濾水中的有機(jī)物生活，是濾食性的。另有超過 170 種海綿，如枝根海綿（Cladorhizidae）是肉食性的，能夠引誘捕捉小動物。

 

海綿的古老從它們的身體構(gòu)造就可以看出來：成年海綿的身體非常簡單，它們?nèi)狈腿祟愵愃频恼嬲?ldquo;組織”或“器官”，沒有消化道、神經(jīng)或肌肉。它們的身體是一根硬質(zhì)直腸的樣子，有一個進(jìn)水口和一個出水口，水通過這個管道后其中的有機(jī)物就被過濾走了。

 

雖然沒有器官，但是海綿體內(nèi)卻有承擔(dān)類似功能的細(xì)胞。

 

在動物屆，海綿有一種獨(dú)一無二的細(xì)胞——領(lǐng)細(xì)胞(choanocytes)。領(lǐng)細(xì)胞是有鞭毛的，就像一些細(xì)菌一樣。

 

利用鞭毛，領(lǐng)細(xì)胞可以攪動海水形成水流，從而過濾并吞食水中的顆粒。也就是說，領(lǐng)細(xì)胞的功能類似于海綿的手和嘴巴。依靠領(lǐng)細(xì)胞，1 立方厘米的海綿可以過濾每天可以過濾 20 升水。

 

海綿的細(xì)胞不僅能執(zhí)行器官的任務(wù)，還具有一種超能力：所有海綿細(xì)胞都可以在一定條件下轉(zhuǎn)換角色，這在動物界也是獨(dú)一無二的。生物學(xué)家把這種超能力叫做全能分化性（totipotency）。借助這種類似于干細(xì)胞的超能力，海綿才能在碎尸萬段后復(fù)原。

 

此外，它們體內(nèi)的細(xì)胞還可以在身體內(nèi)游走。一些海綿利用這種能力修復(fù)受傷的部位，還有一些海綿利用游走的細(xì)胞在海底緩慢爬行。

 

除了全能分化，海綿的另一個超能力就是它們的制藥能力。

 

對于許多生物來說，海綿毒性超強(qiáng)。這也很容易理解，由于無法動彈，海綿必須要有一套化學(xué)武器來防御掠食者并進(jìn)行溝通。

 

一些海綿會釋放毒素“溶”掉搶占地盤的珊瑚的碳酸鈣。一些海綿還可以殺死珊瑚蟲。比如，紐扣珊瑚的珊瑚蟲會寄生在海綿 Trikentrion flabelliformis 上。為了對抗珊瑚蟲，這種海綿會生成毒素 trikentrins。后來研究者們發(fā)現(xiàn)，這種毒素不僅可以殺死珊瑚蟲，還具有抗生素的性質(zhì)，能夠殺死革蘭氏陽性菌（如枯草桿菌）。

 

但是對于人類來說，海綿制造的不少分子能治療人類的疾病，因此具有很高的醫(yī)藥價值。比如，圓皮海綿內(nèi)酯（discodermolide）就是一種抗腫瘤分子，貪婪倔海綿（Dysidea avara）中分離的分子 avarol 可以治療牛皮癬。

 

既然海綿粉身碎骨后還能復(fù)原，還具有很高的藥用價值，那它們應(yīng)該很適合拿來制藥吧。

 

實(shí)際上目前商業(yè)化的只有少數(shù)海綿分子，最大的困難在于海綿供應(yīng)不足。

 

確實(shí)，在古代，地中海地區(qū)就有人工養(yǎng)殖海綿，然后制成刷碗刷背的海綿的歷史。海綿養(yǎng)殖業(yè)和漁業(yè)也曾是非常興旺的產(chǎn)業(yè)，1913-1938 年間，每年捕撈的海綿都超過 180 噸。

 

因?yàn)楹＞d的復(fù)原能力，養(yǎng)殖時只需要掰一塊就可以在別的地方“種”起來了，技術(shù)含量不高。

 

養(yǎng)大的海綿收割后處理一下，就可以拿到市場上賣了。

 

不過，在實(shí)驗(yàn)室和藥廠培養(yǎng)具有藥用價值的海綿就是另一回事了。

 

首先，海綿雖然復(fù)原能力強(qiáng)，但是生長緩慢。而且一些來自海綿的生物活性物質(zhì)含量很低，要提純的話就必須要大規(guī)模密集養(yǎng)殖海綿。

 

其次，大多數(shù)海綿和微生物共生，缺乏某些微生物，它們無法制造人類所需的分子。但是在密集養(yǎng)殖的情況下，使用抗生素和藥物幾乎是必然，這些藥物影響的不僅僅是海綿，還可能會殺死共生微生物。這也是海綿規(guī)?；B(yǎng)殖的一大難點(diǎn)。

 

最后，海綿雖然能重生，但散伙的海綿細(xì)胞不能進(jìn)行 DNA 復(fù)制，只有在重新聚合后才行。所以，要像在大罐子里發(fā)酵菌液那樣養(yǎng)散裝海綿寶寶，目前看也是不可能的。

 

總之，保溫杯泡養(yǎng)生海綿，暫時還不能加入肯德基豪華套餐。