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美西蝾螈是演化历程中的一个传奇物种

2017-10-17任崇娇

科学与财富 2017年27期

摘 要: 美西蝾螈(钝口螈)是一种火蜥蜴,它一生都处于幼体阶段,是两栖动物很有名的“幼体成熟”种(从出生到性成熟产卵为止,均为幼体的形态)。它具有强大的再生能力,失去一条腿后,能很快又会长出新的肢体。美西蝾螈终其一生的幼体形态和无限次的再生修复能力,使得它成为两栖动物进化历程中的一个独特物种。

关键词: 美西蝾螈;幼体形态;再生能力

一、美西蝾螈是演化历程中的一个传奇物种

美西蝾螈(钝口螈)是一种火蜥蜴,这种两栖动物是动物界的彼得·潘,是两栖动物中很有名的“幼体成熟”种(从出生到性成熟产卵为止,均为幼体的形态)。它一生都处于幼体阶段,这也说明了它为什么会有羽状外鳃和没有眼睑的眼睛。除此以外,美西蝾螈的细胞再生能力强悍,一只美西蝾螈失去一条腿后,它很快又会长出新的,甚至能再生非常复杂的身体部分,其中包括部分大脑、脊髓。由于细胞的全细胞分化能力,使得美西蝾螈具有很强的自我修复能力,因此科学家对它非常感兴趣。

更有意思的一点是美西蝾螈在发育过程中,如果刻意改变外部环境,那么这个生命体身上会发生明显的定向进化现象,成为进化研究的理想模式生物。野生美西蝾螈作为一种穴居蝾螈,其终身生活在阴暗无光的水下,长期的进化选择使得色素细胞在生成体表色素时,色素控制基因被抑制,形成我们常见的白化现象。科学家一直以为这种现象是因为美西蝾螈在幽暗环境中长期定向选择所造成的,需要几百个世代的选择才形成这种白化的体色。同样的情形在其他洞穴生物如盲螈和盲虾身上也存在。但美西蝾螈似乎刻意跟科学家开了个玩笑,当外部生存环境发生变化时,美西蝾螈会在短时间内完成从幼体状态向成体状态的全变态发育。

这个变化的发生过程为:美西蝾螈正常生活的水深要求为20厘米以上,当生活水域的水位下降至5厘米甚至降至体表时,美西蝾螈会变得焦躁,羽状外鳃逐步消退至消失,鳃裂逐渐闭合。蝾螈头部开始露出水面,身体也逐步露出水面,体色从背部开始变深,扁平的头部变为椭圆形状。单体色完全形成的时候,美西蝾螈也就完全离开原来的水域,开始两栖生活。此时,原来的洞穴蝾螈已经完全变了样子,火红的体色,光滑的头部,已经和它的近亲南美火蜥蜴完全一样了。

二、寿命还是地盘对美西蝾螈来说不可兼得

科学家一直很奇怪美西蝾螈具有这种突变进化的能力,为什么还要一直保持幼体状态生活在水中,从物种进化的趋势来看,这种韬光养晦的生存策略并不利于美西蝾螈扩大生存地盘,促进物种向更广阔的生境发展。直到科学家研究美西蝾螈细胞的分化和代谢时,才发现这个秘密。

我们现在已经知道,幼体形态的美西蝾螈细胞具有强大的再生分化能力,使得肌体能够一直保持在年轻态,这就如同我们说的返老还童一样,容颜永驻,长生不老。事实正如科学家推断的一样,洞穴中的美西蝾螈自然寿命可以长达20年,如果根据它的发育程度按照我们人类的寿命来计算的话,美西蝾螈将拥有300多年的寿命。不仅如此,幼体形态的美西蝾螈的细胞代谢速度极慢,有传言美西蝾螈1个月不进食也不会影响其生理功能,一旦食物充足,美西蝾螈就如同大胃王一样胡吃海塞,两个月内就能将身体从10公分长到13-14公分。这些神奇的细胞不仅寿命长,修复力强,而且长得快,更重要的是永远健康,不会发生癌变。一旦美西蝾螈发育成它的近亲火蜥蜴一样的形态,它的寿命缩减为5年,细胞的再生功能减弱,部分器官如脑部和脊柱的再生能力消失。也就是说如果美西蝾螈从幼体形态发育成适应各多环境的成体形态,它将丧失掉宝贵的再生能力和寿命。也许这就是美西蝾螈为什么选择在不为人知的洞穴中孤独一生,不愿在复杂环境中短暂繁华的原因吧。

值得注意的是,上述提到的美西蝾螈定向进化现象极为罕见,科学家仅在实验室成功过几例,而且成功过渡并成活的个体数量很少。一旦变为火蜥蜴,美西蝾螈将不会再回到水体中生活,而且这种变化能否发生还要分个体。我们知道在野生状态下,美西蝾螈的体色主要有白化种(白眼)、白化种(黑眼)两种,其中白眼种为眼球退化,视力并不好,只有黑色眼球的美西蝾螈才能在光亮中看清物体。也就是说,一旦环境发生巨变,只有黑眼的美西蝾螈可通过这种突变的方式逃过危机,成为幸存者。那些红眼个体尽管体内具备这种能力,也只能在环境的选择压力下灭亡。

三、多方向的变异是美西蝾螈以退为进的进化选择

为了应对万一出现的环境突变,美西蝾螈进化出了强大的繁殖能力和繁殖策略。一般来说,美西蝾螈1年之后即可达到性成熟,进行繁殖,每次产卵可以产下150枚左右的卵,食物充足的时候甚至可以产出200多枚卵。每一枚卵外面包裹着豌豆粒大小的像胶囊一样的胶状体,里面是黄米粒大小的受精卵。这种胶囊结构能很好地保护受精卵防止鱼类吞噬,并且具有很强的粘滞性,可以附着在岩石和水草上不被沖走。胶囊结构还能有效地阻隔环境中的病菌侵染受精卵,并且为受精卵提供湿润坏境,这种保护即使水位下降使得受精卵露出水面,也一样能孵化出幼体。美西蝾螈的卵具有很高的孵化率,一般来说自然水体环境中可以达到90%以上的孵化率。蝾螈幼体的孵化期为28天左右,当幼体在卵泡中发育成形之后,包裹在外面的胶囊将逐渐失去粘性并变薄。这时候幼体可以在卵泡中做一些大的运动,训练尾部的活动力。孵化期满,幼体摆动尾部,头部钻出胶囊,即可进入到水中。当幼体在孵化的最后几天感知水中有危险,会提前钻破胶囊进入水中逃走。这种提前孵化的行为也增加了幼体的成活率。

在美西蝾螈孵化的幼体中,存在着大量的变异。白化红眼的亲本后代中也会出现白化黑眼,如果是白化红眼和白化黑眼进行杂交,后代中黑眼和红眼的比例基本可以达到1:1。现在在人工饲养的条件下,美西蝾螈已经变异出了30多种体色。这些变异的形成都与美西蝾螈的表观遗传和基因表达有着深刻的关系,使得美西蝾螈成为金鱼外的又一个多变物种,为不可预知的物种未来提供了多种进化选择可能。

四、呼吁保护物种,善待生物

美西蝾螈的野生种群几近灭绝,目前已经难觅其踪。市面上和实验室中使用的美西蝾螈大部分都是人工孵化养殖。在我国美西蝾螈被人们当做宠物来饲养,但是它并不是一种广为人知的宠物。很多人因为饲养麻烦或者是样貌古怪,养殖中途把它丢弃放生,这对于美西蝾螈和河流生态来说,都是一种伤害。美西蝾螈并不适应开阔水域,无选择放生也就意味着杀生。

真心希望人们能认识这种奇特的物种,了解它们、研究它们、保护它们,让它们在为科学做出巨大贡献的同时,能在地球上自在地繁衍生存下去。■

作者简介:任崇娇,女1999.12.27,山东,费县,汉,山东省临沂市第一中学,高中学生,生物。