涡虫:刀锋下永生的生物

作者: 氪罗钡路斯

来源: 果壳网

发布日期: 2017-09-25

本文详细介绍了涡虫的无限再生能力及其在视觉进化研究中的应用,探讨了涡虫的视觉系统如何从简单的感光反应进化到能够区分不同波长光线的复杂反应,并指出涡虫的研究对于理解其他生物神经系统的发展具有重要意义。

涡虫大概也算是当今生物界的网红之一了。涡虫纲的生物最为人所熟知的就是它们无限再生的性质:切头长头,切尾巴长尾巴,切成279份,就能长出279只完整的虫子;不要说切出一只足球队了,大概连观众都能切出来,因此,涡虫也被称为“刀锋下永生”的生物。涡虫无限再生的能力源自它们强大的成体干细胞库。在特定条件的刺激下,干细胞能够增殖、分化为具有专门功能的细胞,例如神经细胞、肌肉细胞等。

近几年来,研究人员通过调节涡虫体内决定干细胞分化的信号分子浓度,结合切切切大法,惨无人道地制造出了两个头、三个头乃至四个头的涡虫。最近,又有实验室利用涡虫可以不停长头的特性研究起了视觉进化与视觉形成——科学家的好奇心和破坏力大概能够与一个五岁小男孩一较高下。一些科学家相信,所有两侧对称动物的视觉系统都是从相同的简单视觉感受系统进化而来。

从涡虫到人类,都是通过感光细胞中的视蛋白实现光子到生物信号的转换,从而完成视觉响应的第一步。只不过,人类可以通过不同的视蛋白区分颜色,也可以利用复杂的神经系统将外部世界的二维投射重构为三维世界;而涡虫的感光细胞内只有一种视蛋白,神经系统也十分简单,只能对光线做出趋避性响应,即在光线的照射下,做出趋向光源或者躲避光源的反应。

涡虫是一种避光性生物,当光线照射在涡虫一侧的时候,涡虫就会选择向没有光线的方向躲避。然而实验发现,涡虫能够对光线做出更为复杂的响应。当两种不同波长的光从左右两侧同时照射涡虫时,大部分情况下,涡虫会有选择性地向一侧躲避。如果两侧光线的波长差超过25nm,涡虫便能够区分出两者的差异,并向“偏好”的那一侧运动;而涡虫最不喜欢蓝色和青色的光,如果这两种颜色的光同时出现,涡虫就开始怀疑虫生。

涡虫还具有一种神奇的能力,称为眼外视觉。很多研究证实,在移除涡虫头部之后,涡虫的身体其它部分能够感知长波长紫外光的照射,并做出反射性躲避反应。大脑恢复实验显示,随着眼脑系统的重建,低等的眼外视觉反应会被大脑介导的视觉响应所压制,在同时照射紫外光与可见光时,涡虫会从躲避紫外光,转变为躲避可见光。

虽然涡虫神经系统的结构还十分简略,但是由于神经系统进化的保守性,学习涡虫的神经系统重建,对于我们理解其它生物、包括人类的神经系统形成与发育都有着启发性的意义。

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