纤毛虫的微观世界

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  掬一捧水,放入解剖镜下观察,我们会发现许多小生灵在游来游去,它们的“内脏”一览无余,完全暴露于人们的视线中。借助扫描电镜与透射电镜,可以清晰地观察到其表面结构、内部结构以及分裂方式。这些小生灵,就是微观世界中的原生动物。它们将所有的“器官”浓缩在一个细胞中,以细胞为单位,在属于自己的一方水土中自由生活着。
  纤毛虫是进化程度最高的原生动物,其结构也最复杂,分化出了类似多细胞动物的细胞核与细胞器。纤毛虫个头小,通常只有100微米,生命力却极为旺盛,一天可繁殖一至数代,并且分布广泛。水池、湖边、河边、海边、土壤,甚至极地都可寻到它们的踪影,有的甚至将人类的血液、器官作为安身之所。纤毛虫的家族异常庞大,种类繁多,各自具有不同的生命调节机制,用以适应长期生存的环境,常见的主要种类有:游仆虫和三缘双轴虫、草履虫以及它的天敌双环栉毛虫、具有“毒舌”的长颈虫、在基因工程研究领域久负盛名的“四膜虫”、“大嘴巴”的棘尾虫以及寄居在反刍动物瘤胃中的瘤胃纤毛虫等。
  通过扫描电镜,我们可以看到它周身布满了纤毛的虫体。借助纤毛的摆动,虫体可以随心所欲地去往任何地方;通过透射电镜,则能看到一个内涵丰富的“内在世界”,将纤毛虫的细胞核、线粒体、食物泡、自噬泡等结构尽收眼底。真可谓“麻雀虽小,五脏俱全”。很难想象,在它小小的体内,竟然存在着一整套完备的生存体系,从呼吸到排泄,从消化到吸收,从运动到防御,一应俱全。
  
  器官演变,随境而动
  
  除了某些厌氧型纤毛虫(在缺氧的条件下存活的纤毛虫),自由生活的纤毛虫同高等生物一样,均靠线粒体(生物体主要能量之源,形态像“鞋底”,由许多“鞋棱”——嵴构成)吸纳自然之精华。相较之高等生物,纤毛虫的线粒体具有其独特性。自由生活的纤毛虫其线粒体数目众多,或扎堆、抱团聚集在细胞核、细胞膜以及代谢旺盛的区域,或分散、点缀在细胞质中,呈不规则状态分布。厌氧型纤毛虫的呼吸器官极为独特,是线粒体的变体,是对环境的一种适应性产物。为了生存,内部结构器官可随环境而发生相应的变化。为了减轻体内缺氧的压力,线粒体要么在体积上下功夫,要么在功能方面加以改进。在体积上下功夫主要表现在个头增大,与普通线粒体相比,以“巨人”之姿挺立于细胞质中;在功能方面,线粒体不仅要保证产能,还能够产氢气,用以满足不同环境的需要。
  
  消化吸收,自有绝活
  
  自由生活的纤毛虫没有完备的消化系统,不能像高等生物一样在消化道里完成消化工作,它的消化吸收以其特有的方式进行。食物通过纤毛的摆动进入体内,在流动的过程中不断聚集成团,并与体内分泌的膜相融,食物裹进膜泡后,形成食物泡,开始了体内之旅。食物泡在体内旅行时,会遇到含有消化酶的颗粒状物质一一溶酶体,从与之结合的那一刹那开始,食物已经不能继续保持其完整性,开始慢慢解体,最靠近膜的食物首当其冲,然后波及到内部,最终大部分食物在酶的作用下消失在无形中,残留的则被打上“废渣”的印记,被毫不留情地排出体外。而消化产生的营养物质待遇明显不同,或者以“营养泡”的形式存于体内,听从体内调遣,哪里需要去往哪里,或者以糖原的形式储存起来,作为能量来源,以备不时之需。
  然而,在环境恶劣,食物缺乏时,原有的消化模式被打乱,取而代之的是一种“自残”行为。体内出现一种膜泡,它将体内的细胞器作为食源,一口吞噬掉,之后,与溶酶体相结合,步入随后的消化过程。因其通常只吞噬自身“器官”,且杀伤力极强,所以将其命名为“自噬泡”。通过这种“自杀行为”得到的消化产物能为虫体提供能量,暂时渡过难关。为了生存,为了渡过逆境,不惜消化自身“器官”,以得到暂时的保障。如同古代战争时期,百姓易子而食,以求生存。大自然是残酷的,一切生物,只能遵循自然规律,适应环境,否则,定遭淘汰。
  
  顺境逆境,自有谋略
  
  在自然界中纤毛虫处于弱势地位,稍不留神,就会变成别人的腹中食,盘中餐。在食物充足时,它利用刺丝泡、毒素泡等武器进行自我保护;在遇到不良环境时,则以包囊的形式暂避风头,并可随风飘散,随水而动,飘往世界各地。
  草履虫在遇到双环栉毛虫时,刺丝泡会立即射出许多刺丝,穿过表膜,形成一道“雨帘”般的保护性屏障。只可惜,这道屏障对暴食性纤毛虫——双环栉毛虫来说,如同花拳绣腿,不堪一击,常常难逃劫运。长颈虫的武器比较特别,形同弹簧,又如“舌头”一般,可自由调节长度,在遇到弱势生物时,它将“舌头”伸出,毒素泡同时出现,毒素随之附在“舌头”上,这条带毒的“舌头”顿时杀伤力倍增,被它打到的生物纷纷倒地,成为它的“舌下亡魂”。
  纤毛虫极其“聪明”,当它意识到周围的环境不适合生活(如食物缺少、温度骤变、纤毛虫数量过于密集等)时,将身体缩成一团,形成球状,同时分泌一种类似细胞壁的物质包裹在外,形成一道防线,与外界隔开。纤毛虫在休眠期间,体内的生理活动并未停止。由于无法进食,许多细胞器被体内的自噬泡打上“食物”的烙印,一口吞噬掉,其产生的能量则用来维持生命。而当环境转好时,纤毛虫则脱离包囊的束缚,重组体内的“器官零件”,恢复其自由之身,获得重生。
  
  繁衍绝技,以多取胜
  
  纤毛虫在繁衍后代方面,可谓煞费苦心。它走的是“以多取胜”的路线。在长期的进化中,纤毛虫找到了延续后代的最佳方式——无性生殖与有性生殖交替并行。在食源充足的情况下,它通常采用无性生殖方式繁衍后代,即“一分二”方针:分裂1次,产生2个与母体相同的个体,这2个个体,完全承继了母体的特点。此方法既可保证后代具有与母体一致的形态特征,又在繁殖数量上有无可比拟的优越性。纤毛虫繁殖力极旺盛,平均一天可繁殖一至数代。
  生老病死,乃大自然的普遍规律。在繁衍数代之后,衰老不请自来。为了让衰老来的迟些,纤毛虫选择了有性生殖这条路。有性生殖产生的后代与母体不完全相同,产生了分支。有研究表明,成熟的纤毛虫在食物缺少的环境会停止无性生殖,进入有性生殖阶段。由此可见,有性生殖是纤毛虫进行“自保”的方式之一。
  大千世界,绚丽多彩。只要细心观察,会发现被人们忽视的原生动物不仅占据了世界一角,还练就了一身非凡的生存本领。小小的纤毛虫以蓬勃的生命力展示着微观世界独有的美丽多姿。
  
  责任编辑 张小萌
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