10.04 劍走偏鋒的生物

生命是頑強的,在各種極端惡劣的環境裡都有它們的蹤跡。它們對抗惡劣環境的本領讓人驚歎。

進化的力量是神奇的,地球上的生命歷經億萬年的自然選擇,具備了各種讓人驚異的能力。有些能適應極端惡劣的環境、也有些具有超長的壽命,還有些具有無比巨大的體型。這些生物,讓我們充分見識到了生命的偉大。

活力凍不住

寒冷會給生命帶來很多問題,生物體內的天然催化劑——酶會因為低溫失去活性,而細胞內部的水凝結成的冰晶會刺破細胞膜。雖然如此,低溫對於很多生命來說並非是無法克服的難題,哺乳動物和鳥類通過新陳代謝自身可以產生熱量,並有毛髮覆蓋身體來保溫。而那些自身無法維持溫度的動物,例如北極彈尾蟲,則可以合成某些可以起到防凍作用的分子,讓體液在零度以下也不結冰,就像給汽車水箱添加防凍劑。

剑走偏锋的生物

對於一些生物來說,就算身體都凍得硬邦邦了也沒什麼大不了。許多昆蟲,還有西部錦龜和幾種北美蛙類,在這樣的情況下依然可以存活。它們身體的重要部位在防凍劑的保護下沒有結冰,而體腔和眼睛的晶狀體等次要部位雖然結冰了,但冰晶是以它們自身蛋白質作為核生長起來的,形狀和大小都受到了控制,不會破壞細胞。還有更極端的南極線蟲,甚至可以讓細胞質都結冰,只保持細胞核和重要的細胞器不凍。

耐熱的生命

高溫對於生命來說是嚴苛的挑戰,在陸地上,高溫可能讓生物體內的水分蒸發掉。在海中這雖然不是問題,但高溫仍可以破壞DNA和蛋白質這類複雜分子,讓它們失去作用。

所有生物中的耐熱冠軍是科學家們在深海熱液孔附近發現的,它是叫做菌株121的微生物。之所以取了這個奇怪的名字,就是因為它在121℃下依然可以正常生活。而即使溫度提高到130℃,它也能忍受得住,只是停止了分裂繁殖。菌株121之所以在高溫下如此堅挺,是因為它的蛋白質和DNA分子比普通生物結合得更加緊密,所以這些分子不易受高溫破壞。

剑走偏锋的生物

多細胞生物就很難承受高溫,超過40℃很多生物就受不了。而幾乎所有的真核生物都無法忍受60℃以上的溫度,唯一的例外是龐貝蠕蟲,它的尾部附在海底熱液孔噴出黑煙的管壁上,那裡溫度高達80℃。蠕蟲為何如此獨特還不清楚,有可能是因為它們體內富含的膠原蛋白起到了一些作用,這種蛋白質在高溫下比較穩定。

陸上的耐熱冠軍是撒哈拉銀蟻,它們能在53℃高溫下活動一段時間。在外出活動之前它們體內會積累一種生物遭遇高溫時產生的特殊蛋白質,能保護其他蛋白質免遭破壞。

長生不老

地球上所有生命都無法逃脫死亡的大限,但有些生命可以活得更長久一些。

多數動物都無法活過100歲,但凡事總有例外,一種叫做北極圓蛤的動物,壽命記錄超過了400歲。它們為何如此長壽還是未解之謎,我們只知道和人類不同,北極圓蛤達到一定年齡的時候,死亡率反而會下降。

植物的情況有些不同,身體衰老部位的細胞不斷死亡的同時,新的組織也在不斷生長出來。最極端的例子是克隆喬木,所謂克隆是因為它們不是通過開花撒種來繁殖,而是從根上長出基因完全相同的分株來繁殖的,整片樹林共享同一個根系。美國猶他州的一片顫白楊,雖然單棵樹的年齡不超過130歲,但根部年齡超過了80000歲。單株植物的壽命記錄則是由一顆狐尾松保持的,它在1964年結束“生命歷程”的時候大概有5000歲。

地球上活得最久的生命可能是在西伯利亞、加拿大和南極等地的永久凍土帶中發現的細菌,這些放線菌已經活了50萬年。它們不但新陳代謝非常緩慢,還可以有效修復DNA,防止複製出錯。

不過,要是論長壽的潛力,可能沒什麼能比得上“永生水母”——燈塔水母。這種生物可以在性成熟後,逆轉回未成熟的階段。從理論上說,它們可以在成熟和未成熟之間循環往復,從而實現長生不老。但由於天敵的存在,燈塔水母往往英年早逝,到底能活多久沒法檢驗。

壓不垮的硬漢

海洋中,隨著深度的增加壓強會不斷增大。巨大的壓強會將動物肺中的空氣壓榨出去,抹香鯨和象海豹等水生哺乳動物之所以可以潛至1000米深度,是因為它們的血液中血紅蛋白含量很高,肌肉中也有大量肌血球素,這些物質容易和氧結合,可以在潛水時起到儲藏氧氣的作用。

剑走偏锋的生物

再深上幾百米,生命會面臨壓強帶來的另外一個問題,細胞膜上的讓各種化學物質進出的通道會受到壓榨失去正常功能,蛋白質分子也會受到擠壓變形而失去功能。不過深海中還是充滿了生命,魚類、蠕蟲,甚至細菌,這些生物有著更加柔韌的細胞膜,另外它們利用一種叫做氧化三甲胺的物質來幫助蛋白質維持正常形狀。

龐然大物

藍鯨是現在以及整個進化史上最大的動物。可以說它已經達到了動物體型的極限,更大的動物無法把新陳代謝產生的熱量及時散發出去,恐怕會活活熱死。

但在整個生物圈中,藍鯨就算不上什麼了。一種叫做奧氏蜜環菌的真菌是地球上最大的生物體,它們的菌絲在泥土中不斷延伸生長,可以達到驚人的體積。在美國俄勒岡州森林中發現的這種真菌,覆蓋了965公頃的土地。

剑走偏锋的生物

植物中,個頭最大的是加利福尼亞州的一顆巨杉,體積達到了1500立方米。最高的樹也來自加州,一棵高達115米的北美紅杉。澳大利亞有一棵倒下的桉樹達到了143米,這個高度已經達到了樹木通過毛細作用向樹梢輸送水分所能達到的極限了。

小得不可思議

什麼生物最小,要回答這個問題首先要明確什麼可以叫做生物。病毒可以複製自己,而最小的病毒只有20納米,不過病毒的生存繁殖完全依賴其他生物,所以通常人們不把它們算作真正的生物。

不算病毒的話,最小的生物是2006年在高溫的含砷礦井廢水中發現的里奇蒙礦嗜酸納米古菌,長度只有200納米,基因組只有100萬個鹼基對。

體型最小的是古菌,最簡單的又是什麼呢?

既然遺傳物質是生命的精華,那麼最簡單的生物可以說就是基因最少的生物。寄生在人尿道中的一種叫做生殖支原體的細菌,整個基因組只有58萬個鹼基對,組成了不到1000個基因。其中482個編碼蛋白質,其餘的382個也有重要的功能。

除此之外,有種共生在木蝨體內為其提供某些必要的氨基酸的細菌,只有182個基因,不過由於它過於依賴昆蟲的細胞,已經不能看作是獨立的生命形式了,可以說它正處於進化為細胞器的過程中。其實,這樣的進化在地球歷史上曾發生過。現在生物細胞中用來產生能量的線粒體和進行光合作用的葉綠體,在遠古都曾是獨立的細菌,後來進入其他生物的細胞後逐漸融合成了細胞的一部分。

熬過乾旱

水是所有生命存在條件中最不能缺少的一條,生命需要水作為各種化學反應的媒介,水還可以保持細胞膜的完整。

對於大部分動物來說,脫水意味著必死無疑。而某些輪蟲、線蟲,還有某些蝦的幼蟲以及一種蒼蠅,他們在身體脫水時依然可以維持生命,等待旱季過去後再接觸水分,即可復甦。大多數地衣和苔蘚,一部分真菌和細菌,還有一些開花植物,也可以乾燥起來等待情況好轉,沉睡幾年甚至幾十年。

這些生命都是用糖代替細胞中的水分,從而來維持細胞結構。隨著糖含量的增多,細胞質逐漸由液體變成固體,成為一種糖結晶,及時把細胞保護起來。

而一些蟾蜍和蛙類則不採用那麼激烈的手段來度過旱季。它們把自己埋入泥土中,形成一個不透水的繭,只留著鼻孔通氣,進入休眠狀態等待雨季來臨。很多蛇類和鱷魚也採用了類似的方法。一些種類的哺乳動物,例如地松鼠和某種狐猴,也會在旱季休眠。

不過,無論乾燥或者休眠都只是臨時手段,缺水對於地球生命來說,仍然是最難以突破的限制。


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