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动物界中对爱情至死不渝通常成对居住在一种海绵中是一对模范夫妻

归档日期:07-21       文本归类:多对多联系      文章编辑:爱尚语录

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  海绵是世界上结构最简单的多细胞动物。说它简单,是因为它既没有头,也没有尾,没有躯干和四肢,更没有神经和器官。海绵虽然属于动物,但是它不能自己行走,只能附着固定在海底的礁石上,从流过身边的海水中获取食物。18世纪以前,海面一直被当作植物对待,后来由于显微镜的发明,以及动物胚胎学研究的进展,人们得以认识海绵的真面目,终于确定了海绵的真正属性。海绵的种类众多,约有达1万到1.5万个种类。除了少数种类喜欢淡水外,绝大多数海绵一直生活在海底。从浅海到8000米的深海到处都有海绵的踪影。由于所处环境不同,条件多变,附着的基质类型各异,水流强弱不一,因此形成了海绵多姿多彩的形态。多数海绵生活在坚硬岩石的底质上。海流强的水域,海绵的高度普遍不到2.5厘米,而且海绵的表面形成许多流线型的纹路,这种进化可以避免被海浪和海流折断。有的海绵喜欢穴居,它们在鲍鱼和牡蛎的壳上到处钻洞,然后在它们的壳上寄居下来。海绵的体型多种多样,小的不过几克,大的却有45公斤。海绵的颜色同样是丰富多彩。它们的颜色主要是体内有不同种类的海藻共生,才使它们呈现不同的色彩。管状海绵的样子很象竖立的烟囱,所以又称为烟囱海绵。管状海绵的身体里有很多小孔。水不断地从小孔中流过,其中的营养物质就被管状海绵吸收了。同时,管状海绵产生的废物也会随着海水流走。海水从遍布海绵全身的小孔流入海绵的体内。每个小孔都通向一个小房间,叫做滤室。所有的滤室都通向一个像瓶子一样的腔里,这个腔叫做孔前腔。腔的上端是一个很大的出水孔。海绵的小孔作为氧气进入的通道既起到呼吸作用,又能摄取水中的营养物质,并且排泄废物,还能排出精子和卵子,完成生殖功能。

  海绵动物组织原始,无真正消化腔和神经系统。海绵动物的细胞虽有分工,但彼此合作甚微,如将海绵磨碎过筛,其中分离了的细胞仍能存活数天(相当于原生动物)。但若彼此不再结合,就不能继续生存下去,海绵动物这种即独立又合作的特征,表明其有机体结构仍属细胞级,显示了原始多细胞动物的特点。

  海绵动物多为群体,单体较少。身体呈辐射对称或不对称。群体的外形变化很大。单体一般作角锥形、盘形、高脚杯形、球形等。大小变化由数毫米到2m之间。多数具有钙质、硅质或角质骨骼。海绵动物的骨骼有骨针(海绵针)、海绵丝(骨丝)和非骨针型的矿物质三种。骨针成分为钙质(方解石、文石)或硅质(蛋白石)。骨针按大小可分为大骨针和小骨针。海绵丝的成分是角质的有机化合物,呈丝状,分枝或交接在一起。海绵丝易腐烂,不易形成化石。

  海绵的生殖有无性和有性两种。现代海绵除普通海绵纲中少数类型属淡水海绵外,多数是海生动物,营底栖固着生活。现代石海绵和钙质海绵多分布于浅海地带,但玻璃海绵可栖居在深达6000m的深海中。化石海绵也大体要求相似的水深。海绵在不同的地质时代常和层孔虫、苔藓虫和藻类在一起形成礁体。

  海绵体壁上有许多小孔(称“入水孔”),故也称“多孔动物”。个体象瓶、壶、臼等,有时联成群体。多数海产,固着生活。游离的一端有大孔开口(称“出水口”)。体壁由内、外两层细胞构成,外层细胞扁平,内层细脑生有鞭毛,多数具原生质领,故称“领细胞”,主要行摄食和细胞内消化的作用。入水孔通入体内的沟道,与领细胞组成的鞭毛室和出水口组成复杂的沟道系统。含有食饵的海水由于内层细胞鞭毛的不断振动,从入水孔流入体内,不消化的东西随海水从顶端的出水口流出体外。在内、外两层细胞间,还有一层中胶层,其中有象变形虫的游离细胞、生殖细胞、造骨细胞、海绵丝细胞等等。海绵动物体壁内多具支持的针状骨胳,称骨针。依骨针的性质,可分钙质海绵和非钙质海绵(Incalcarea)两大类。本门动物中有少数种类可供拭抹机器、枪炮及印刷业和沐浴用;某些种类能破坏介壳,为贝类养殖的敌害。

  海绵动物大多产于海水中,少数生活在淡水里,因身体比较柔软而得名。它不会游动,只能常年静卧海底,像植物那样固着在原地不动。海绵动物的形状千姿百态,有片状、块状、圆球状、扇状、管状、瓶状、壶状、树枝状,姿态万般,惹人喜爱。例如白枝海绵呈扁管状的群体,枇杷海绵像一颗圆圆的枇杷,矮柏海绵似一串精巧的灯笼,佛子介则如同一个玻璃纤维球直立于柄上,寄居蟹皮海绵扁平如薄纸,偕老同穴则被称为“维纳斯的花篮”。有趣的是,通常水流流速的大小、波浪活动的强弱、底质的硬软程度,也常使同一个物种的海绵拥有不同的外部形态,例如在近岸破波带生活的通常喜欢包在岩石上,好似薄的茄皮或姜皮;在流急环境中生活的又大都像土墩,有着良好的流线形体型;而在缓流或风平浪静的环境中栖居的,体形又多呈高耸的烟囱状。

  海绵动物总是形单影只地独处一隅,凡是海绵动物栖居的地方就很少有其它动物前去居住。科学家分析这种现象形成的原因首先是海绵动物对那些贪食的动物没有任何吸引力,它浑身的骨针和纤维使其它动物难以下咽,因此海绵动物的天敌不多。其次,海绵动物大多栖息在有海流流动的海底,而很多动物都难于在那样的环境中生活。因为在那里,它们的幼虫或被水流冲走,或被海绵动物滤食。此外,海绵动物身上通常都有一股难闻的恶臭,这也是可能是其他动物不愿与之为伍的原因之一。

  海绵动物是怎样获得食物的呢?它的捕食方法十分奇特,是用一种滤食方式。单体海绵很像一个花瓶,瓶壁上的每一个小孔都是一张“嘴巴”。海绵动物通过不断振动体壁的鞭毛,使含有食饵的海水不断从这些小孔渗入瓶腔,进入体内。在“瓶”内壁有无数的领鞭毛细胞,由基部向顶端螺旋式地波动,从而产生同一方向的引力,起到类似抽水机的泵吸作用。当海水从瓶壁渗入时,水中的营养物质,如动植物碎屑、藻类、细菌等,便被领鞭毛细胞捕捉后吞噬。经过消化吸收,那些不消化的东西随海水从出水口流出体外。如果把石墨粉或几滴墨水滴在饲养在水族箱中的活海绵动物的一侧,过不了多久瓶口(出水孔)处就会流出黑色的细流。随着源源不断的水流,细菌、硅藻、原生动物或有机碎屑也被携入体内为领细胞俘获供作营养。这种取食方式充分证明了它属于滤食的异养动物。

  然而鞭毛的摆动是要耗能的。对营固着生活的海绵动物来说,从食物中获得化学能来之不易。因此,海绵动物总是生活在有海流经过的海底,在千百万年的进化过程中,完善了一套利用天然流体流动能的本领,从而节约了宝贵的食物化学能。一个高10厘米,直径1厘米的海绵,一天内能抽海水22.5升,出水口处的水流速度可达5米/秒。这种高速离去的水流保证了从体内排出的废物不再“回炉”。海绵动物正是有了滤食和节能的本领,才能在缺乏营养的热带珊瑚礁中和极地陆架区世代繁衍。

  海绵动物虽然是多细胞动物中最简单的一类,却有一个庞大的家族,种数达10000多种,占所有海洋动物种数的1/15。由于海绵动物的体壁内长着具有支持作用的针状骨骼,叫做骨针。通常根据骨针的性质,可以分为钙质海绵和非钙质海绵两大类。体形最大的海绵动物是1909年曾在巴哈马群岛捞获的一只,围长为183厘米,刚出水重40千克,晒干后的重量为5千多克。此外,在安的列斯群岛生活的一种海绵动物,身长106厘米,宽91.5厘米。海王星海绵也是体形较大的种类,剖面长120厘米,却不太宽。最小的种类是白枝海绵,身高不过3毫米,体重仅有几克,跟一粒芝麻一样小。海绵动物的寿命也比较长,有的种类据说可以活几百年。

  海绵动物的色泽各个不同,有大红、鲜绿、褐黄、乳白、紫色等各种颜色,像花儿一样美丽。因此,人们一直相信它是植物,直到1825年,随着靠显微镜的发明和使用,以及生理学和胚胎学诸方面的工作,科学家才确定它是动物。事实上,海绵动物的色彩来源于共生藻或非活性的贮存色素,例如绿色是因其体内共生有绿色的虫绿藻,而红色、黄色、桔黄色等是因为细胞内含有脂溶性的胡罗卜素,其存在可产上各种颜色。由于它的体壁上有许多被称为“入水孔”的小孔,仿佛泡沫塑料,所以又叫多孔动物,是多细胞动物中最低等的一个类群。

  人类和所有动物的祖先是至少在地球上生活了5亿年的海绵,而海绵的祖先竟然是真菌!

  今天,大多数生物学家相信地球上的生命最早起源于一种非常简单的生物,但是这种简单的古老生物到底是什么?与今天的人类和动物有什么关系?却很长时间没有找到答案。不过,在美国国家卫生研究院和美国航天局的资助下,美国微生物进化学专家米切尔·索金(MichellSogin)运用自动DNA排列技术和计算机程序,在最近找到了这个问题的答案:人类和所有动物的祖先是至少在地球上生活了5亿年的海绵,而海绵的祖先是真菌!索金说,了解动物是怎样进化的,很有意义—不仅能够帮助我们了解未来生命将发生什么变化,甚至能帮助我们了解在宇宙中其他生命存在的可能性。

  在地球上的海洋里,至少有9000种海绵。有的海绵甚至生活在淡水中。它们靠身上的小孔,从成吨的海水中过滤到几克微薄的营养物质维持生命。海绵是多细胞(multicellular)生物,虽然有些海绵有玻璃一样的骨骼。但是总体上看,海绵没有组织、肌肉、器官、神经、大脑这些要件。

  海绵细胞的主要成分是碳酸钙或碳酸硅以及大量的胶原质。在海绵的管壁上,长有摆动的长须(cilia),长须能从海水中滤掉废物,留下营养。不论海绵的体积多大,所需要的食物只要能满足每一个细胞就够了,并不贪婪。当然,海绵中也有“凶猛”者。在夏威夷生长的火海绵能够分泌毒液,给其它动物造成剧痛;生长在地中海的一种海绵,则具备诱骗小甲壳类动物的能力,能够伸出锋利的刺把它们团团围住,饱餐一顿。

  海绵也是最早的有性繁殖生物,大多数的海绵都是雌雄同体的,能够同时产生卵子和精子并排入水中。精子会一直在海水中遨游,直到找到另一个海绵管道的接收入口。

  海绵的多情还表现在:它还有另外一种生殖方式———如果一块海绵遭受外力破坏,被拆散了的细胞会在海水中寻找同伴,然后重新聚在一起,仿制出一块与它们父母辈相同的海绵。海绵受伤以后,不会用新细胞代替旧细胞的方式愈合伤口,而是调动旧的细胞到创伤处,阻止伤口进一步蔓延。

  就这样,海绵很潇洒地生活在水下,并为周围成千上万种生物提供庇护所。此外,海绵其实很好动。1986年美国北卡罗来纳州大学的生物学家卡尔汗·邦德(CalhounBond)就发现,海绵并不是静止不动的,他通过精密仪器观察到,海绵的边缘会像肢体一样帮助自己移动,有的一天能移动4毫米,有的居然能爬上玻璃容器壁。

  以往,科学家判断动物之间的联系主要依赖于观察动物外观,包括化石来判断。如果两种生物拥有共同的特征,比如爪子,就会被认为具有某种亲属关系。随着基因技术的突飞猛进,利用基因分析寻找生物源头开始了实际应用。上世纪70年代,索金的导师卡尔·乌伊斯(CarlWoese)就开始了这方面的研究。1989年索金成立了实验室,接过导师的课题继续研究。索金把研究方向集中在基因的进化以及寄生虫方面,他希望通过这些研究,回答导师提出的问题:生命最重要的单位,细胞是如何形成的。

  基因分析并不是比较某些生物的全部基因构成,而是通过比较某些生物共有的基因段,分析其中的差异来判断两者之间的关系,如果两者有相似的基因排列,并且带有同样的基因特征,那么就可以推论两种生物具有同一个祖先。如果基因排序非常不同,那就可以知道它们在很早以前就分叉,朝着不同的方向进化了。

  索金希望在这种理论指导下,采用核糖体RNA手段,建立一个客观的动物进化结构方程式,他从极为罕见的古菌(archaea)的基因排序入手,从浮游生物、真菌、海绵、水母、海葵、软体动物中提取DNA,比较它们的基因排列顺序,比较核糖体RNA,并且应用十进位计数法,来计算它们与昆虫、鱼类、鸟类、哺乳动物之间的关系。

  20多年前,基因技术还刚刚起步,这样的计划在当时是非常有远见的。在上世纪80年代初,科学家确定红海绵的一个遗传因子就要消耗一年的时间,所有的工作都是手工操作。几年之后,他们能在一年内分析10~15个因子。今天,索金已经能在一夜之间做1000个因子分析了。但即便是今天,一段特定的染色体组也可能包含着30亿对基础对,要找出2000对的关系,概率为一百五十万分之一,因此,要找到答案仍然像是大海捞针。

  索金查遍了所有的最古老生物,如水母、海葵、海绵、软体动物、海星等的基因后,终于得出结论:海绵毫无疑问是今天所有动物最直接的祖先。在索金以前,一些生物学家怀疑海绵实际上是一种植物,另一些生物学家怀疑海绵是独立于动物进化链之外的一种生物,和今天的进化结果没有联系。

  他的发现还显示,在海绵之后的“晚辈”是刺丝胞动物(cnidarians)类,比如水母、海葵、珊瑚等等,它们和海绵一样拥有袋状体形,它们都具有触角,并且在触角的末端都有像嘴巴一样张开的口。但是海绵的细胞形状具有环形细胞的特点,它带有非常小的长须,这些须又被一群更小的(毛状)微绒毛包围着。成千上万的须在水中不停地挥动着,将新鲜的海水送入“口中”。

  索金相信海绵最直接的祖先是领鞭虫,领鞭虫也是单个细胞的生物,有着长鞭一样的须,而包围着须的是一系列微绒毛。它们当中的一些甚至靠得很近结成了群落,几乎快要发展成动物了。

  虽然,今天已经无从知道最早的海绵是什么样子,但是至少仍然具备一些今天海绵的特征,今天我们能发现硅藻属、马蹄蟹这些动物都和它们进化之前的样子几乎一样。

  索金更重要的发现是,在进化坐标上,比领鞭虫更早的祖先是真菌,海绵和所有的动物包括人类都来自真菌。在此之前,很多科学家都将真菌错误地归类于植物。但是索金的研究发现,植物和真菌是完全不同的两类生物。真菌和动物最早来自同一个家族,这一点不仅对认识生命来源具有意义,对认识真菌对人体的入侵更具有现实意义。

  索金说,真菌导致的疾病包括癣菌病,香港脚,心肌炎。真菌导致的疾病之所以难治是因为真菌和人类有很多共同点,只有当两种生物具有不同的特点,或者说在治疗的同时不伤及主体时,治疗才更容易,这一点,相信会对将来的生物医学研究有启发。另外,每年成千上万的艾滋病病人死于卡式肺囊虫肺炎。直到最近,很多人都还相信这是一种与疟疾有关的寄生原生动物引起的,但是索金研究小组最近发现,卡式肺囊虫肺炎实际上是一种与真菌管型密切的生物,用对抗真菌的药物就可以有效地抑制卡式肺囊虫肺炎。

  索金说,在海绵和刺丝胞动物之后,才出现了昆虫这种两边对称的生物,此后,生物发生了一次爆炸性的进化革命,从此,生物有目的的活动能力大大加强,具备了以往任何生物所没有的优越性

  海绵动物的生殖为无性生殖与有性生殖两种方式。无性生殖是以出芽生殖为主,多发生在海产种类中。出芽时亲本的变形细胞,特别是一些原细胞由中胶层迁移到母体的顶端表面聚集成团,然后发育成小的芽体,随后脱落到底部发育成新海绵,或与母体相连形成群体。淡水海绵及少数海产种类在一定条件下可以形成芽球(gemmule),也被认为是一种无性生殖,个体中的原细胞摄食了大量的物质之后聚集成团,外面包围一层造骨细胞。在原细胞团之外自行分泌一层保护膜,其成分类似于海绵丝,以保护内部的芽球细胞,之后造骨细胞分泌一层双盘状或针状的骨针,使芽球具有很强的抵抗恶劣环境的能力。一个海绵动物可以形成许多的芽球。以后当外界条件适当时,芽球内的细胞通过微孔(micropyle)释放出来,再形成一个新个体。海产种类的芽球外面包有海绵丝,具有或不具有骨针。少数种类的芽球不具有海绵丝。

  海绵动物的再生也被认为是一种无性生殖,许多种类的海绵都有很强的再生能力,例如白枝海绵,它的身体碎片只要大于0.4mm,并带有一些领细胞,就能再生成一个新个体,这是由于海绵动物的细胞具有较强的聚合能力与识别能力。也有人将海绵动物的身体用机械方法压碎,将细胞分离,再用纱布过滤,其滤液中的分散细胞再放入海水中培养,结果分离的细胞又重新聚合,并分别迁移到正确的位置上,最后形成一个或几个新的个体。还有一个经典的实验是由Galtsoff(1925)所进行的,他用两种不同属的海绵做实验,即一种是细芽海绵(Microciona),其细胞具红色素;另一种是Haliclona,其细胞内具黄色素,他将两种预先分离成悬液的海绵细胞混合在一起,起初两种细胞随机聚合,但很快两种细胞按种彼此分开,分别形成红色细胞群及黄色细胞群,以后两种不同的细胞群各自分化,最后形成细芽海绵(红色素细胞)和Haliclona(黄色素细胞)两种新个体。以后也发现许多淡水海绵及海产的海绵都有此特性。后来有人用实验证实了海绵细胞表面的一种大分子量的糖蛋白是海绵细胞的识别分子,它具有种的特异性,所以同种的细胞能聚合,不同种的细胞相分离。同种细胞的聚合能力使它能再生及组成新的个体。

  除了四射海绵(Tetractinellida)之外,海绵动物均能行有性生殖。大多数种类为雌雄同体(hermaphordite),但精子与卵常不在同一时期成熟。少数种类为雌雄异体(dioecism)。生殖细胞由中胶层中的原细胞形成,有时领细胞也可以失去鞭毛及原生质领而变成精原细胞(spermatogonia),再分裂形成精子。精子成熟后随水流排出体外,并随水流进入其他个体的鞭毛室。有人观察到某些热带地区的海绵能突发性的释放精子于海水中,形成一条乳白色的云雾状的精子带,其长度可达2—3m。一个海绵释放了精子常可诱导周围海绵也释放精子。释放出的精子随水流进入其他个体的鞭毛室之后,再进入领细胞。这时领细胞失去领及鞭毛,携带着精子到中胶层与卵融合而成受精卵。大多数海绵动物的受精卵是在体内发育。一些海绵动物的胚胎发育由于胚层的逆转而有很大的特殊性,不同纲的海绵胚胎发育过程也不尽相同,这主要表现在海绵动物可以形成两种不同类型的幼虫。在钙质海绵中,形成中空的两囊幼虫(amphiblastula),在寻常海绵纲中形成实心的实胚幼虫(parenchymula)。

  钙质海绵,例如白枝海绵或毛壶的受精卵在母体的中胶层中发育,当受精卵经细胞分裂形成16个细胞时,构成动物极的为8个小细胞,构成植物极的为8个大细胞。动物极的小细胞分裂较迅速,分裂到一定数目的细胞之后,形成了一个具有囊胚腔的囊胚,小细胞面向囊胚腔的一端都长出一根鞭毛,以后小细胞经大细胞间的开口向外翻出,结果小细胞的鞭毛移到表面,形成了一个一端有鞭毛、一端无鞭毛的两囊幼虫。两囊幼虫随水流离开母体,在水中游泳一段时间之后经过小细胞的内陷、或大细胞的外包,或两种方法的联合而形成了两层细胞的原肠胚状,并固着在底部。原来动物极的具鞭毛的小细胞形成了成体的胃层(领细胞层),原来植物极的大细胞形成了成体的皮层(扁平细胞层),再由两层细胞共同形成中胶层及变形细胞。海绵动物的这种细胞分化与分层,与所有其他多细胞动物的胚层分化不同。在除海绵动物之外的其他后生动物中,动物极的小细胞发育成成体的外层(即外胚层),植物极大细胞发育成内层(即内胚层)。钙质海绵动物的这种动物极与植物极细胞相反的分化现象称为逆转现象(inversion),因此它的两层细胞不称为外胚层与内胚层,而分别称为皮层与胃层。发育中的逆转现象是将海绵动物列为侧生动物的原因之一。

  钙质海绵中特别是复沟型海绵在发育中也经过一个原始阶段的重演,即发育中经过一个单沟型的原海绵(Olynthus)阶段,再经过一个双沟型的发育阶段之后,最后才形成一复沟型的成体。

  大多数六放海绵及寻常海绵发育中经过一个实胚幼虫,实胚幼虫的外表面除后端外均为具鞭毛的小细胞,以后具鞭毛的外层细胞移入内部,形成胃层,内部的变形细胞移到外面形成皮层。寻常海绵纲中,许多复沟型种类,发育时直接来自一个复沟型幼虫(rhagon),这种幼虫具有宽阔的基部、狭小的顶端、很大的海绵腔、很小的鞭毛室,经过体壁褶叠后发育成复沟型成体。

  李商隐在无题一诗中,以象征手法描写至死不渝的爱情的诗...

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