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文汇 03-03

长大后吸掉了自己的脑子,这种动物曾被主流教材视为人类的原始祖先

▲海鞘 Clavelina moluccensis。图片来源:britannica

大脑告诉我们,脑子是人体最重要的器官,地球上聪明的动物都有脑子。但是有一类动物,在成年后却把自己的脑子吃掉了。研究者们相信,在这种不要脑子的生物身上,藏着包括人类在内的所有脊椎动物祖先的秘密。

陆地上的生命来自海洋,人类祖先的近亲也还生活在海底。如果你在海里潜水,可能不会将这种生物和有脑子的人类联系在一起,这种生物就是海鞘。

成年后的海鞘看起来就是个吹水的 " 直肠子 ",海水从一个洞里进去,从另一个洞里出来,靠过滤海水中的有机物生存。很难想象那一片杵在海底或漂在水中的连环棒槌竟然是在海洋无脊椎动物中和人类最接近的生物:海鞘属于尾索动物亚门,和脊椎动物拥有共同的祖先。

事实上,海鞘不但有原始的心脏和原始的血细胞,还对触摸有反应。海鞘也有原始的肌肉系统,帮助它们控制身体的形态和开关出入水口。如果把海鞘从水里捞出来,它们会喷你一脸,因此获得了 sea squirt (海喷子)的写实荣誉称号。

海鞘也是唯一一种能够产生纤维素的动物。它们的外形让人类迷惑了几千年。

一开始,亚里士多德认为海鞘是类似于海螺一类的软体动物。后来在 19 世纪,拉马克则认为海鞘是棘皮动物,和海参它们是亲戚。

到了 1866 年,海鞘的蝌蚪状幼体被发现,它们和脊椎动物的关联才大白于天下。原来海鞘小时候是有脑子的,但是在它们长大之后,它们的脑子就退化了。

海鞘幼体(下)和蝌蚪(上)的对比。图片来源:wikiwand

海鞘小时候长得像蝌蚪,会游泳,不进食,不打野。小海鞘的身体里有一个非常简单的背神经管,类似于脊椎。在靠近头部的地方是一个神经节,功能类似于脑子,小脑袋可以感知光线和重力,可以帮它寻找住所和躲避掠食者。小海鞘甚至有类似眼睛的眼点。

通常在漂浮几天后,小海鞘就会火速逆行变态:在一天之内,原本的背神经管、眼睛和大部分尾巴都会被吸收,大部分脑子消失了,最后就保留了一个连接嘴巴和心脏、主要功能是控制进食的神经节。它们就这样一夕之间从摇头晃脑的小可爱变成了边吃边拉的无头怪。

需要指出的是,有一类海鞘在成年后还保持着大部分脑子和蝌蚪形态,头部还有感光和感受重力的结构,它们就是尾海鞘。尾海鞘因为酷似其他海鞘小时候,因此又名幼形纲。

因为在众多海鞘中尾海鞘还保留着小时候的形态,而大多数海鞘都朝着肛肠科发展,所以 20 世纪初的不少学者开始猜测,尾海鞘是不是不愿意长大的海鞘?更进一步,脊椎动物的祖先会不会是一只不愿意长大的小海鞘呢?拒绝长大的小海鞘坚持保留自己的脑子不退化,最终从小 " 蝌蚪 " 变成了人类,好熟悉好自然的故事啊。

其中一位著名代表人物就是牛津大学林肯学院的海洋生物学家 Walter Garstang,而这个假说被称为幼态进化,被写入了 20 世纪的众多生物学教材中。

不过后来到了 20 世纪 80 年代,新的遗传学证据推翻了这种看法。我们现在知道,海鞘是脊椎动物的近亲,但不是祖先。

在同时期,更加惊人的反转也出现了。

在透射电子显微镜下,附着在海底的海鞘和脊椎动物不太一样,因为它们的卵子没有大多数脊椎动物都有的皮质颗粒,精子也没有大多数脊椎动物都有的顶体颗粒。但令人意外的是," 不愿长大 " 的尾海鞘却保留着这些特征,它们和脊椎动物看起来更相似。

也就是说,尾海鞘并不是不想长大,或许它本身就是更古老的形态;其他无脑简化版可能才是新出现的。

而这些新发现让脊椎动物和海鞘的共同祖先变得更神秘了:这个祖先到底长什么样,是更像有头有尾的尾海鞘,还是其他脑子不要不要的海鞘?这个没头脑的问题恐怕会让人类不高兴很长时间,因为没骨头的海鞘留下的化石实在是太稀少了。

话说回来,海鞘的技能树不仅没脑子,还有非常特殊的血液。

1911 年,德国化学家 Martin Henze 在研究某些海鞘时发现了它们体内含有一种罕见的金属:钒。

原来,一些海鞘的血细胞含有钒绑定蛋白,而不是和我们一样含铁的血红蛋白,而这种含有钒绑定蛋白的血液是绿色的。

比如,这种喜欢独处的海鞘 Phallusia nigra 就含有钒。它的学名不仅形象,侮辱性也很强:Phallusia 来自希腊语的 phallos,意思是丁丁;Nigra 的意思是黑色。

能够利用钒的海鞘身体中钒的浓度可达海水中该金属元素浓度的千万倍。对于人类和许多生物来说,钒化合物的毒性很高,因此海鞘可能利用含钒的血液让自己变得难吃。

不过,善于把进化树变成菜谱的人类在这么多难吃的海鞘中还是找到了能吃的一些品种。在韩国和日本,有一种叫做海菠萝的海鞘是当地特色菜,那里也有海菠萝的养殖场。

说到吃,即使被吃掉一块,海鞘也有超强的复原能力,而这种复原能力也和它们的血液有关。

1964 年,芝加哥大学的海洋生物学家 Gary Freeman 做过这样一个实验:他给海鞘辐射伽马射线,使它们的细胞失去分裂和出芽的能力,也就是修复力。

接着,他给失去复原能力的海鞘注射了同一个物种、但没有被辐射过的海鞘血细胞,结果被辐射的海鞘又重新具有了修复身体的能力,证明海鞘身体修复的实力隐藏在血液中。

或许就是这些奇奇怪怪的技能让没头脑的海鞘一直存活到了现在,并且遍布全球吧。

编辑:李晨琰

责任编辑:顾军

来源:把科学带回家

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