完全打碎还能重生,地球上能做到这一点的只有这种动物

作者: 七君

来源: 把科学带回家

发布日期: 2021-01-11

海绵是地球上最古老的多细胞动物,具有独特的重生能力和制药潜力,但目前商业化利用面临供应和养殖难题。

在动漫《鬼灭之刃》中,大反派鬼王无惨身体碎成一块块后还可以重聚复原。但在现实中,有什么生物具有鬼王一样的能力,可以在被打碎成单独的细胞后还能重生呢?实际上是有的,而且世界上只有一种,那就是海绵(Porifera),刷碗的那种。在人造海绵出现前,野生海绵的确是拿来刷碗的,而且它们和鬼王一样具有破体重生的能力。海绵的这种能力被称为重聚集(reaggregate)。

海绵是地球上最古老的多细胞动物,它们在地球上存在了7.4亿年了。2016年,麻省理工学院的研究者发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究发现,有6.4亿历史的岩石含有的一种分子24-IPC是海绵分泌的。也就是说,海绵的出现时间比寒武纪大爆发还早1亿年。不过,说它们是“动”物其实有些名不副实:海绵成年后动不了。大部分海绵会分泌二氧化硅或碳酸钙组成骨骼,帮助它们粘附在海底。

因为动不了,海绵主要靠过滤水中的有机物生活,是滤食性的。另有超过170种海绵,如枝根海绵(Cladorhizidae)是肉食性的,能够引诱捕捉小动物。海绵的古老从它们的身体构造就可以看出来:成年海绵的身体非常简单,它们缺乏和人类类似的真正的“组织”或“器官”,没有消化道、神经或肌肉。它们的身体是一根硬质直肠的样子,有一个进水口和一个出水口,水通过这个管道后其中的有机物就被过滤走了。

虽然没有器官,但是海绵体内却有承担类似功能的细胞。在动物届,海绵有一种独一无二的细胞——领细胞(choanocytes)。领细胞是有鞭毛的,就像一些细菌一样。利用鞭毛,领细胞可以搅动海水形成水流,从而过滤并吞食水中的颗粒。也就是说,领细胞的功能类似于海绵的手和嘴巴。依靠领细胞,1立方厘米的海绵可以过滤每天可以过滤20升水。

海绵的细胞不仅能执行器官的任务,还具有一种超能力:所有海绵细胞都可以在一定条件下转换角色,这在动物界也是独一无二的。生物学家把这种超能力叫做全能分化性(totipotency)。借助这种类似于干细胞的超能力,海绵才能在碎尸万段后复原。此外,它们体内的细胞还可以在身体内游走。一些海绵利用这种能力修复受伤的部位,还有一些海绵利用游走的细胞在海底缓慢爬行。

除了全能分化,海绵的另一个超能力就是它们的制药能力。对于许多生物来说,海绵毒性超强。这也很容易理解,由于无法动弹,海绵必须要有一套化学武器来防御掠食者并进行沟通。一些海绵会释放毒素“溶”掉抢占地盘的珊瑚的碳酸钙。一些海绵还可以杀死珊瑚虫。比如,纽扣珊瑚的珊瑚虫会寄生在海绵Trikentrion flabelliformis上。为了对抗珊瑚虫,这种海绵会生成毒素trikentrins。

后来研究者们发现,这种毒素不仅可以杀死珊瑚虫,还具有抗生素的性质,能够杀死革兰氏阳性菌(如枯草杆菌)。但是对于人类来说,海绵制造的不少分子能治疗人类的疾病,因此具有很高的医药价值。比如,圆皮海绵内酯(discodermolide)就是一种抗肿瘤分子,贪婪倔海绵(Dysidea avara)中分离的分子avarol可以治疗牛皮癣。

既然海绵粉身碎骨后还能复原,还具有很高的药用价值,那它们应该很适合拿来制药吧。实际上目前商业化的只有少数海绵分子,最大的困难在于海绵供应不足。确实,在古代,地中海地区就有人工养殖海绵,然后制成刷碗刷背的海绵的历史。海绵养殖业和渔业也曾是非常兴旺的产业,1913-1938年间,每年捕捞的海绵都超过180吨。天然海绵制造的海绵。

因为海绵的复原能力,养殖时只需要掰一块就可以在别的地方“种”起来了,技术含量不高。养大的海绵收割后处理一下,就可以拿到市场上卖了。这种拿来当海绵的海绵一般是沐浴角骨海绵属(Spongia),因为它们含有海绵硬蛋白纤维(spongin),也就是摸起来噗噗的特殊胶原蛋白。不过,在实验室和药厂培养具有药用价值的海绵就是另一回事了。首先,海绵虽然复原能力强,但是生长缓慢。

而且一些来自海绵的生物活性物质含量很低,要提纯的话就必须要大规模密集养殖海绵。其次,大多数海绵和微生物共生,缺乏某些微生物,它们无法制造人类所需的分子。但是在密集养殖的情况下,使用抗生素和药物几乎是必然,这些药物影响的不仅仅是海绵,还可能会杀死共生微生物。这也是海绵规模化养殖的一大难点。最后,海绵虽然能重生,但散伙的海绵细胞不能进行DNA复制,只有在重新聚合后才行。

所以,要像在大罐子里发酵菌液那样养散装海绵宝宝,目前看也是不可能的。总之,保温杯泡养生海绵,暂时还不能加入肯德基豪华套餐。

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