文/方陵生

科學(xué)家們對絲盤蟲產(chǎn)生興趣，是因為它簡單的構(gòu)造。絲盤蟲不僅向我們展示了地球上最早出現(xiàn)的動物可能會是什么樣子的，還為我們了解動物起源提供了一個新的窗口。它甚至可以告訴我們，簡單動物是如何進化出復(fù)雜的生命形式的。

19 世紀80 年代，弗朗茨·舒爾茨擁有一個充滿許多美麗海洋生物的實驗室。舒爾茨是研究海洋生物“海綿”的頂尖專家之一。如今，他發(fā)現(xiàn)的許多新物種都生活在奧地利格拉茨大學(xué)的海水水族館里。水族館內(nèi)，動物的形態(tài)千奇百怪。其中有一些非常簡單的海洋動物，它們色彩明艷醒目，形狀奇特，有些看起來像花瓶，還有一些看起來像是帶有尖塔的微型城堡。

最令舒爾茨興奮的，是他發(fā)現(xiàn)的一種芝麻大小的生命體。它是地球上構(gòu)造最簡單的動物，卻可以為我們揭開地球動物起源之謎。舒爾茨是在某天偶然發(fā)現(xiàn)的它——它藏身在他的一個玻璃魚缸里，爬來爬去地以魚缸里的綠藻為食。舒爾茨將它命名為“絲盤蟲”。它沒有嘴，沒有胃，沒有肌肉，也沒有血液和血管，更沒有正面或背面，只由一層比紙還薄的細胞薄層組成。

它看起來實在是太普通了，如此難以名狀的一小團，以至于讓人幾乎提不起觀賞的興趣來。但科學(xué)家們對它產(chǎn)生興趣恰恰是因為它簡單的構(gòu)造——它向我們展示了6 億至7 億年前地球上最早出現(xiàn)的動物模樣的可能性。它甚至還可以提供一些線索，告訴我們構(gòu)造簡單的動物如何進化出構(gòu)造復(fù)雜的生命體。

絲盤蟲的進食方式

乍一看，絲盤蟲根本不像一般意義上的動物，而像是團狀的變形蟲。它扁平的身體在移動時不斷改變形狀。變形蟲的正式名稱為“阿米巴原蟲”，是一種單細胞原生生物，既不是植物，也不是動物。1883 年，舒爾茨將絲盤蟲放在顯微鏡下仔細觀察后發(fā)現(xiàn)，絲盤蟲雖然小而簡單，但它確實是一種動物。

“不同類型細胞之間的勞動分工”是動物的標志。絲盤蟲的底部細胞長有許多細小的纖毛，它通過旋轉(zhuǎn)纖毛來移動，就像螺旋槳一樣。發(fā)現(xiàn)海藻時，它會停下來，身體像吸盤一樣平躺在海藻上?！拔P”底部有一些特殊細胞，會噴射出化學(xué)物質(zhì)，從而分解藻類。而其他的細胞則負責(zé)吸收從這頓“美餐”中釋放出來的糖分和其他營養(yǎng)物質(zhì)。它的整個腹部就像胃一樣工作，因為這“胃”長在身體外部，所以它不需要嘴。

最早動物的線索

德國漢諾威動物生態(tài)學(xué)和細胞生物學(xué)研究所的動物學(xué)家伯納德·謝爾沃特認為，地球上最早出現(xiàn)的動物可能類似于絲盤蟲。他推測地球上最早的動物出現(xiàn)時，海洋里已經(jīng)充滿了單細胞原生生物。像絲盤蟲一樣，它們是通過旋轉(zhuǎn)纖毛來游動的。成千上萬個單細胞原生生物聚集在一起形成了群落，它們連接成球狀、鏈狀或片狀。但這些群落不是動物，它們只是和諧地生活在一起，聚集成相似的單細胞生物群落。

到了6 億至7 億年前，地球上的原始生命開始發(fā)生變化—一群古代原生生物形成了新的群體。一開始，每個成員的細胞都是一樣的。隨著時間的推移，細胞開始發(fā)生變化，曾經(jīng)完全相同的細胞裂變成不同的類型。它們的細胞之間開始交流，釋放出用作信息交流的信使化學(xué)物質(zhì)，隨后這些信使化學(xué)物質(zhì)命令不同部位的細胞做不同的事情。它們可能就是地球上最早出現(xiàn)的動物。

據(jù)謝爾沃特猜測，最早動物的形態(tài)就像絲盤蟲那樣呈扁平狀，只有兩個細胞的厚度。底部細胞負責(zé)爬行移動和消化食物，頂部細胞則承擔另外的任務(wù)，比如保護自己不被原生生物吃掉。他認為，這種扁平狀的外形是很有道理的。想象一下當時的海洋，淺海區(qū)的海底覆蓋著由單細胞微生物和藻類組成的黏稠“墊子”。當最早動物游動到這個“微生物墊子”上時，就像絲盤蟲一樣，消化身下的微生物和藻類，由此得以生存。

最早動物的體形很小，不會比絲盤蟲更大，因此沒能留下化石。隨著時間的推移，地球上逐漸進化出了一批體形更大的動物。如今，科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)了這一類動物的化石，它們看起來就像絲盤蟲的巨大變種。其中的一種被稱為“Dickinsonia”，生活在5.5 億到5.6 億年前，暫時被定為“狄更遜蟲”。這一物種長達1.2 米，沒有大腦或眼睛這樣的器官。盡管它移動和進食的方式就像絲盤蟲一樣，但是沒人知道它是否與絲盤蟲真的有關(guān)聯(lián)。它的身體分前后，也分左右。扁平的身體由幾個部位組成，就像被縫起來的毯子一樣。

絲盤蟲的繁殖方式通常是一分為二，分裂后的兩半各自成為新的個體。一些變形蟲的體形比絲盤蟲大，但變形蟲只有一個細胞，而絲盤蟲至少有5 萬個細胞。絲盤蟲沒有胃，也沒有心臟，它的身體組織由不同類型的細胞構(gòu)成，這些細胞各自執(zhí)行不同的任務(wù)

開始向復(fù)雜動物進化

根據(jù)以上的研究和推斷，謝爾沃特認為，一些像絲盤蟲這樣構(gòu)造簡單的動物，其整個腹部就是它們的胃。在進化的過程中，胃的邊緣逐漸變長，后來甚至看起來像一個倒置的碗。隨著碗口逐漸縮小，最后形成了一個類似倒置花瓶的形態(tài)。這時，瓶口就是它們的嘴巴，內(nèi)里包裹著一個胃。它們消化食物后，吐出不需要的殘渣，就像現(xiàn)代的水母和海葵。

據(jù)推測，經(jīng)過數(shù)百萬年的演化，它們花瓶狀的身體繼續(xù)向外延伸，漸漸變長。接著，它們身體的兩端各自形成一個小孔洞，其中的一個孔洞演化成了嘴巴，另一個孔洞成了排泄廢物的肛門。這種消化系統(tǒng)在現(xiàn)代的兩側(cè)對稱動物身上都可以見到。在生命進化樹中，兩側(cè)對稱動物是比海葵和水母更進一步的生物，包括所有左右對稱和有前后兩端的動物，如蠕蟲、蝸牛、昆蟲、螃蟹、老鼠和猴子，當然還包括我們?nèi)祟悺?/p>

并不簡單的原始動物

2008 年，謝爾沃特提出的有關(guān)地球上最早出現(xiàn)的動物的觀點，得到了學(xué)術(shù)界的支持。那一年，他和20 位科學(xué)家一起公布了絲盤蟲的基因組和完整的DNA 鏈。絲盤蟲的構(gòu)造看起來很簡單，但它的基因表明，它擁有復(fù)雜的生命活動。

絲盤蟲雖然只有6 種不同類型的細胞，但它擁有許多與構(gòu)造復(fù)雜的動物相同的基因。比如說，一種brachyury 基因可幫助形成花瓶狀的胃部，而hox 基因可幫助形成身體的前后部位。

這一令人驚訝的發(fā)現(xiàn)表明，在遠古時代，這種扁平狀的原始動物已具備了進化出更為復(fù)雜構(gòu)造所需的遺傳指令。

最早的原始神經(jīng)系統(tǒng)

絲盤蟲已具備10 到20 種可在復(fù)雜動物體內(nèi)產(chǎn)生神經(jīng)細胞的基因，這引起了生物學(xué)家的興趣。2014 年，有科學(xué)家宣稱，絲盤蟲分布于身體下方的腺細胞，其行為與神經(jīng)細胞驚人的相似。其細胞中含有一種名為“SNARE”的特殊蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)出現(xiàn)在許多復(fù)雜動物的神經(jīng)細胞中，通常位于神經(jīng)細胞互相連接的突觸部位。SNARE蛋白質(zhì)的工作原理是釋放化學(xué)信息，將信息從一個神經(jīng)細胞傳送到另一個神經(jīng)細胞。

絲盤蟲的腺細胞內(nèi)部充滿了小氣泡，用來儲存被稱為“神經(jīng)肽”的信使化學(xué)物質(zhì)。腺細胞控制著絲盤蟲的行為。在絲盤蟲爬過一小片海藻的過程中，細胞“品嘗”到了藻類的味道，于是腺細胞通過釋放神經(jīng)肽，告知相鄰細胞該“剎車”了，相鄰細胞便停止轉(zhuǎn)動纖毛。同時，這些化學(xué)物質(zhì)還與附近的腺細胞相互作用，告知附近的腺細胞一起釋放神經(jīng)肽，讓“停下，進食”的信息在它體內(nèi)從一個細胞傳遞到另一個細胞。

顯然，絲盤蟲已經(jīng)有一個開始進化的神經(jīng)系統(tǒng)雛形，即沒有神經(jīng)細胞的神經(jīng)系統(tǒng)。美國馬里蘭州貝塞斯達國立衛(wèi)生研究院的神經(jīng)生物學(xué)家卡洛琳·史密斯解釋道：“我們認為它就像一個原始的神經(jīng)系統(tǒng)。隨著早期動物的不斷進化，這些細胞變成了神經(jīng)元?！贝送?，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)細胞中含有一種礦物晶體，晶體總是下沉到細胞底部。絲盤蟲利用這些細胞，在身體處于水平、傾斜或顛倒等空間位置時，來“感知”向上或向下移動的方向。

絲盤蟲的防御機制

最令生物學(xué)家驚訝的是，絲盤蟲這種生命體的構(gòu)造雖然簡單，但是它的生存方式并不簡單。首先，它會“飛”（差不多像飛）；其次，它有致命的毒液；最后，在它生命的某個階段可能會以一種完全不同的形式“潛行”，只不過科學(xué)家還沒有發(fā)現(xiàn)它們是如何偽裝的。

5 億到7 億年前早期，絲盤蟲胃部的演化過程。紅色部分代表消化食物的細胞，身體從扁平的“盤狀”演變成“碗狀”，最后變成“花瓶狀”，負責(zé)消化的細胞在絲盤蟲體內(nèi)形成一個真正的胃

在發(fā)現(xiàn)絲盤蟲一個世紀后，人們還誤認為它只能爬行。事實上，它們都是游泳高手。1989 年，美國加利福尼亞大學(xué)的生物學(xué)家維姬·皮爾斯在太平洋諸島旅行時采集了許多絲盤蟲的樣本，并花了幾個小時在顯微鏡下觀察它們。有一天，她看到一只“小飛碟”在水中游泳。之后，經(jīng)過更加細致的觀察，她發(fā)現(xiàn)經(jīng)?？梢钥吹剿鼈冇蝸碛稳?。

那一年，她在顯微鏡下還觀察到一個更奇怪的現(xiàn)象— 絲盤蟲被蝸牛追趕。但在即將抓住絲盤蟲的那一瞬間，蝸牛就像碰到了火炭一樣縮了回去。這個謎團在2009年被解開—有位科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，絲盤蟲身體上方的小黑球是用來刺蜇和麻痹獵食者的防御武器。

之前，人們一直認為那些小黑球只是脂肪團，但實際上其內(nèi)部含有某種毒液。當受到攻擊時，絲盤蟲會釋放毒液。研究發(fā)現(xiàn)，絲盤蟲的某種基因與某些毒蛇（如美洲腹蛇和西非蝰蛇）的毒液基因非常相似。它們的一小點毒液對人類這樣大體形的動物而言，不會造成任何傷害，但對于一只小蝸牛來說，卻會成為它一天里揮之不去的噩夢。

奇特的繁殖方式

科學(xué)家們在實驗室培育中發(fā)現(xiàn)，絲盤蟲通常以一分為二的方式進行繁殖。但皮爾斯偶然間觀察到，它們能夠分裂成十幾塊甚至更多的小碎片，每個小碎片都會變成一個新的生命。

絲盤蟲表現(xiàn)出埃迪卡拉紀謎團的特征性絎縫外觀

研究發(fā)現(xiàn)，絲盤蟲像大多數(shù)其他動物一樣存在有性繁殖行為?？茖W(xué)家們之所以知道這一點，是因為他們曾發(fā)現(xiàn)兩條個體基因混合的絲盤蟲—這表明絲盤蟲有父也有母。此外，絲盤蟲具備產(chǎn)生精子的基因。盡管基因證據(jù)表明它們存在有性繁殖行為，但科學(xué)家迄今尚未觀察到這種行為。

令皮爾斯感到疑惑的是，絲盤蟲或許還存在一個未被發(fā)現(xiàn)的生命階段。許多海洋動物，如海綿和珊瑚，一開始都是體形很小的幼蟲。它們像小蝌蚪一樣游來游去，最后落在巖石上，長成一塊海綿或一塊珊瑚，然后在這個地方度過一生。

科學(xué)家推測，絲盤蟲應(yīng)該有一個四處游動的幼蟲階段，但幼蟲的形態(tài)可能和成年后的樣子很不一樣。這一推測有助于解答“為何看似如此簡單的動物，卻擁有如此多的基因”這一問題。這是因為形成和構(gòu)建幼蟲體需要許多不同的遺傳指令。

皮爾斯希望有一天科學(xué)家能夠回答這些問題。這些簡單而神奇的生物，還有許多謎團等待人們?nèi)テ平狻?/p>

一分為二是絲盤蟲最常見的繁殖方式，但有時它會由一變?nèi)?，如圖中所示