多细胞生物也厌氧

　　你一定听说过“厌氧生物”的名目。它们是不需要氧气的生物，大都是结构简单的单细胞生物，比如细菌。不过，最近科学家发现了一些新的能在无氧条件下生存的多细胞动物。如果这个结论得到进一步证实，将会是对动物认识的又一个分水岭。它也有可能帮助我们更好地认识地球生命的演化史。



　　发现  “杯具”出在蛮荒地



　　4月6日，《英国医学学会生物学》的网络刊上刊发了美国马萨诸塞州伍德豪尔海洋大学教授蒂姆·山克（Tim  Shank）等人的研究结果，宣称多细胞的动物不靠吸氧也能存活。



　　故事的主角叫做“铠甲虫”，是铠甲动物门（Loriciferans）的动物。铠甲动物门的拉丁文名字“Loricifera”正是“身披战甲”的意思。这些动物都很小，最大的只有一毫米。这类动物都生活在海底的沉积物中，把自己紧紧地吸附到小石头上，很难被发现。



　　铠甲动物门直到1983年才被发现，是最晚被发现的多细胞动物门类之一。现在已经描述的铠甲门动物有8属20种，可能还有100种左右没有被描述。它们在各个纬度，各种深度的海底都有分布。这类动物有头、嘴和消化系统，由一个壳来保护。它成熟之后也分雌雄两性。



　　山克等人研究的几种铠甲虫采自一个位于地中海水下3.5公里，盐度很高的，充满硫碘的海底盆地（海盆），它们看起来就像一个个小“杯具”，微小的触手从“杯口”伸出来。虽然这些小“杯具”生活的地方很不友好，但它们坚强地生存了下来。



　　山克多年来专门研究生活在极端的环境中的生物，比如深海热泉附近的滚烫海水，这里的生活环境不可谓不严酷，即使如此，也有含有氧气的海水流过来。如果找到了能够在完全缺氧的环境中生活的动物，那将比深海热泉“更进一步”。



　　而铠甲虫的家在地中海的亚特兰特海盆（L’Atalante  basin）。在地质史上地中海曾经和大西洋隔离，所以当时蒸发特别严重，海水盐度非常高，几乎和现在的死海类似。后来虽然地中海又和太平洋相连，但大量的盐分仍然集中在亚特兰特海盆等海底低洼处。铠甲虫生活的淤泥盐分很高，也几乎不含氧。



　　研究  它们多半祖居于此



　　之前，生物学家们认为只有单细胞的生命体，比如说细菌可以生活在缺氧的环境里，科学家们知道一些多细胞动物可以暂时在缺氧的环境中生存，但在此情况下它们会暂时休眠，最终还吸氧。在亚特兰特海盆的淤泥里发现多细胞的铠甲虫，大大出乎科学家们的意料。



　　在1998年、2005年和2008年的三次海底科学探索中，科学家都在这个海底盆地的钻探标本中发现了铠甲虫。参与研究的意大利马尔凯（Marche）理工学院的罗伯托·达诺瓦罗（Roberto  Danovaro）说，研究者第一次在这里发现这些动物的时候，还以为它们只是碰巧埋在这里的遗体，后来才开始怀疑它们原本就生活在这里。



　　为了验证这些动物是否只是在别处死掉，无意中漂到这里，研究者们取了更多的沉淀物钻探标本，将它们在科考船上进行测试。测试容器充满氮气，这样可以避免氧气的干扰。在测试中，科学家发现这些动物还活着，并且有新陈代谢的迹象。



　　在亚特兰特海盆，铠甲类动物相对常见，但是在周围含氧量较高的水域却很少见到这类动物。而且，在标本中还发现了这类动物蜕下的壳，说明它们能在这里生长。达诺瓦罗说，它们还有可能在这里繁殖，因为他们在两个铠甲虫个体的体内发现了卵。达诺瓦罗说，在它们生活的区域以上50米的地方，才存在含氧量相对丰富的海水。不过看看这些动物的“杯具”外形，谁都不会相信它们能上下游动50米的距离，所以，极度缺氧的海盆很可能就是这些动物永远的家。



　　关键  氢化酶体是否有



　　科学家们开始寻找更多的证据。电子显微镜的图像显示，铠甲虫的细胞内没有线粒体，要知道，线粒体可是进行氧化作用，为细胞提供能量的重要细胞器。这个发现说明它们确实不需要氧来分解有机物提供能量。与此同时，科学家在它的身体组织里发现了类似“氢化酶体”的结构，而“氢化酶体”正是给一些厌氧的单细胞生物提供能量的细胞器。



　　大家都知道线粒体是我们身体里的“细胞能量工厂”，因其主要功能是将有机物氧化产生的能量转化为ATP。ATP就是供应身体细胞能量的“电池”。而“氢化酶体”可以被看做不需要氧气产生ATP的“细胞能量工厂”，内含氢化酶、氧化还原酶、铁氧化蛋白和丙酮酸等物质，进行很多种化学反应，其中一种是靠氢化酶催化物质中的质子变成氢气。除ATP外，氢化酶体产生的物质还有氢气、醋酸盐和三氧化碳。



　　氢化酶体存在于一些纤毛虫、毛滴虫和真菌的体内。其中我们研究最多的是毛滴虫。有些毛滴虫生活在人类女性的阴道中，这可是个缺氧的环境，毛滴虫可以用氢化酶体给它的纤毛“充电”，很得瑟地游来游去，造成严重的妇科问题。过去一直认为氢化酶体只存在于简单的单细胞生物体内，没想到结构相对复杂的铠甲虫身体里可能也有这玩意儿。



　　铠甲虫体内不但有氢化酶体，而且附近还有一种杆状的结构，科学家们认为它可能是共生的有机体。一些单细胞的生物正是靠着细胞器和共生有机体的共同作用来获取能量。



　　山克说，找到一种在没有氧气环境中长期生存的动物是“我们对动物生存环境认识的一个分水岭。”很多科学家表示出对山克等人研究的关注。没有参加这项研究的哈佛大学无脊椎动物专家贡扎罗·吉利伯特（Gonzalo  Giribet）说：“这项研究真的很独特。”斯克里普斯大学的海洋生物学家丽莎·莱文（Lisa  Levin）表示，虽然仍然缺乏更直接的证据，但“我觉得他们是对的”。



　　不过也有人对这个结果抱怀疑态度，荷兰奈梅亨大学的乔汉尼·海克斯坦（Johannes  Hackstein）表示，铠甲类动物的研究者只是得到了一些“初步的证据”，现在还不能确定这些动物真的拥有氢化酶体，研究这类结构，光有电子显微镜图像还是不够的，还需要细胞器的染色和生理学实验才能对它们“验明正身”。



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　　自然界的“低氧耗车型”



　　科学家们已经发现了很多种能在极端缺氧的情况下生存相当长时间的多细胞动物。下面，我们就一起看一看自然界的“脱氧英雄”们吧。



　　●缓步类动物



　　缓步类动物很小。它们的身体圆滚滚的，长着多条小胖腿，经常被称为“水熊虫”。它是唯一已知可以在真空中生存的多细胞动物。当然，这个“生存”跟一般意义上的理解并不一样。如果没有氧气，水熊虫们就可以用休眠状态挺过去。它们在真空中就是这么干的。没有水的时候它们就会干缩成一团，有了水的时候它们又像方便面一样涨起来，活过来。



　　●海底热泉蛤



　　这种蛤生活在海底的热泉附近。它会把一只“脚”伸到富含硫质的泉水里，把泉水引到自己的鳃里，这里共生着靠吃硫磺的微生物，蛤就靠这些微生物提供养分；另一方面，它还把虹吸管伸到含氧丰富的水中，把这里的水引到鳃上面，这样它就能够呼吸了。



　　●美洲大赤鱿



　　美洲大赤鱿是凶猛的捕食者，它们可以长到2米长，喷水后退游泳的时速可以达到25千米。它们可以潜到氧气很少的深海，在这里待一整天，远超过鲨鱼等其他捕食者。实验室试验表明，这种大鱿鱼可以把氧消耗量降低80到90个百分点，这在捕食动物中非常少见。