衆所周知,動物的生存的基本條件就是氧氣。日常生活中,我們不會感到氧氣的存在,因為它是無色無味且無處不在的。可以說,地球上能孕育生命的原因除了有水資源以外,氧氣的存在也是重中之重。
可當面臨災難時,氧氣的價值就顯現出來了,2020年新冠疫情的肆虐之下,印度的總感染人數急劇增加,因為肺部患有巨大炎症的人們呼吸不暢,症狀嚴重的人必須要依靠吸氧。
氧氣瓶和制氧機在這時就賣出了天價,一罐氧氣可以賣掉幾百美元,折合普通印度人半年的收入,“氧氣”的珍貴突然就體現了出來。
那麼地球上有沒有不需要依靠氧氣生存的動物呢?它是因為處在無氧環境當中,還是單純地排斥氧氣呢?
如果真的有這種不需要氧氣就能生存的動物出現,在判定宇宙當中的其他星球是否有生命存在時,氧氣是否就不用再作為必要條件了呢?畢竟外星人可能真的不需要氧氣來呼吸維持生命。
厭氧生物在自然界當中其實很早就有了不需要氧氣就能存在的生物,專家們叫它們“厭氧生物”。比如說在研究細胞進化進程中的重要角色,原核細胞,在35億年之前它就具備“厭氧性”,不僅如此它吸收可見光,利用了H2S作為氫源,還原了氧氣,促使可以利用光合作用進行自養的原核生物出現。
目前厭氧生物主要是以細菌的形式存在,因為他們可以在無氧環境當中分解自己的有機物,所以被稱作厭氧生物。
它是細菌群當中的重要組成部分,可以分為三種類型,專性厭氧菌、兼性厭氧菌和把耐氧厭氧菌。
專性厭氧菌就是完全不要要氧氣的存在,如果将它暴露于氧氣之中它可能還會死亡,比如說腸道當中的雙歧杆菌,就是典型的專性厭氧菌,它能夠與其他的細胞群落協作,維持腸道内環境提高人體的免疫力。
其他兩種細菌則可以在氧氣環境當中生存,具備吸氧功能,但是也可以說它們是被迫吸氧,因此它們的生存并不會完全依賴于氧氣,大多數使用發酵的方式存在。
這些厭氧生物廣泛存在于人體皮膚和腔道的深部黏膜表面,它可引起人體任何組織和器官的感染。在組織缺血、壞死,或者需氧菌感染的情況下,導緻局部組織的氧濃度降低,即發生厭氧菌感染。
因此在醫學當中,會經常提到它們,它們的主要特點就是在有氧氣的環境之中難以生存,但是要注意“厭氧生物”屬于生物學範疇,而生物學雖然包含了動物,還是有所區别的。
因此作為一種常見細菌的厭氧生物雖然很早就被發現了,卻不能說他們是地球上不需要氧氣就能存活的動物,它們并不屬于動物的範疇。
鲑居尾孢蟲
鲑居尾孢蟲,也可以叫鲑生粘孢蟲,是全球首個沒有線粒體基因的動物,簡單點理解的話,其實它是生活在三文魚肌肉組織當中的一種寄生蟲。
作為寄生蟲的它,就已經可以被劃分到動物類屬,因此它也是目前世界發現的第一個不依靠氧氣生存的動物。
這項發現無疑是驚人的,原來這個世界上真的有不需要氧氣就能存活的動物,在經過仔細研究之後,科學家發現了其中的原因。
它是在以色列特拉維夫大學在研究鲑魚當中的多種寄生蟲時無意間發現的,通過顯微鏡我們能夠看到:
這些孢子看上去就像藍色精子細胞,有兩條尾巴和一對橢圓形、類似外星人的眼睛。其實這對“眼睛”是帶刺的細胞,它們不含毒液,但在必要的時候将幫助寄生蟲抓住寄主。
它的體型非常小,屬于小型寄生蟲。開始它會寄生在一些小的蠕蟲身上,等到魚類吃掉這些蠕蟲時,它再進入魚類的肌肉當中寄生,也就是說其實鲑魚并不是它們的“第一宿主”。
經過研究發現,它應該和海葵、珊瑚蟲、水母等生物屬于同一類。不過作為一種多細胞生物,它的體内竟然沒有線粒體,這就是科學家們感到震驚,和它為什麼不需要氧氣就能夠生存的根本原因。
在它的體内發現了線粒體細胞器卻沒有發現線粒體的基因,而線粒體基因當中包括有氧呼吸的基因,也就是說它完全不具備有氧呼吸的功能。科學家們推測也許是鲑魚細密的肌肉當中沒有氧氣存在,導緻它産生了這種不需要氧氣呼吸的“逆向進化”。
除了在進化當中舍棄了線粒體之外,它還一并将神經組織、肌肉都舍去了,研究者指出在細胞和動物進化時,多數都會向着複雜細胞進化,因為越複雜意味着生命體越高級,具備的特征也會更多。
但是鲑居尾孢蟲或許因為環境所緻,它反而把自己向單細胞生物進化了,這說明在生物進化當中,是會有反向進化的,這裡的反向進化并不意味着退化,而是細胞的自然選擇。
它不需要氧氣就能存活,那麼從某種方面來說它好像也不具備代謝的功能,科學家十分好奇它是通過什麼方式來進行代謝的,它全新的“無氧代謝”新機制或許可以成為一個重要的研究論題。
除此之外,前文中我們有提到過厭氧生物,大多都是細菌一類的,它們屬于真核單細胞生物。鲑居尾孢蟲的出現标志着多細胞寄生蟲也會有着厭氧特性,雖然也許它并不是一開始就厭氧,而是在進化當中舍棄了線粒體變成了厭氧的樣子,但是這對于生物學界而言是非常重要的發現。
細胞的起源與進化我們都知道,現在地球上所有的生物都是由細胞構成的,有的是單細胞,有的是多細胞。最初,細胞進化其實也經過了一個漫長的過程。對于細胞進化,學界持目前的主流觀點是,前細胞到原核細胞再到真核細胞的演變過程。
前細胞的出現時間約在地球誕生的45億年前到35億年之間,是簡單的有機物和無機物結合之後進化出來的。這時地球的環境還是比較原始的,空氣中氧氣的含量也比較低,它們主要是在海水裡,進行結合完成複制。
到了約34億年前,原核細胞在前細胞的不斷進化之下終于誕生了。真核細胞有了細胞膜的存在,并且它最開始是具有厭氧特性的,在後來自己能組合釋放氧氣之後這一特性才逐漸消失。
比如說曆史悠久,體内不具備葉綠體的藍藻,就是在這時候出現的。它依靠海水作為自己的氧源,來進行光合作用。
大多人持有的觀點是真核細胞由原核細胞進化而來,但是也有少數科學家認為它們二者是共生的,也被稱作“内共生學說”。
真核細胞除了擁有細胞核之外,還多了細胞中至關重要的兩種東西:線粒體和葉綠體。目前學界也很難界定,這兩種細胞器是在後來進化産生的,還是在原核細胞或者說前細胞的基因當中就自帶了,隻是到了真核細胞時才慢慢顯現出來。
在這之後,真核細胞經曆了一些列複雜化的進化,進化出了更多特性。但是生物學家指出,雖然在進化,但是它們原有的特征并沒有改變。
就像無氧生存的鲑居尾孢蟲,在它的體内還是發現了線粒體細胞器的存在,這就證明它仍舊保存着真核細胞的特性,隻是在後續的自然選擇中,它放棄了線粒體進化。
在生物學家研究看來,細胞的進化方向,代表着從簡單趨于複雜,從低級走向高級,但是由于細胞本來的結構限制,導緻它們大多數時間還是保持着原有的樣子,看起來像是“停止進化”了一樣。
線粒體線粒體是一種廣泛存在于真核細胞當中的細胞器,它是生物能夠進行有氧呼吸的關鍵所在,直徑大約0.5到1.0μm。
在不同生物細胞當中所含有的線粒體數量也是不同的,比如肝髒細胞中的線粒體大約有2000個,但是一些細菌當中可能隻有一個線粒體。
線粒體可以将吸收的氧氣和食物轉化為生物所需的能量,鲑居尾孢蟲沒有線粒體也就說明它沒有轉化的特性。
針對這種情況,我們應該考慮到也許是因為鲑魚肌肉的空間實在是過于狹小,也沒有什麼營養成分,所以代謝能量對它而言反而是壞事,幹脆就不代謝了,能量也能多保存一些不會消失。總之,線粒體會通過有氧呼吸産生代謝活動,代謝越是旺盛,線粒體就越多。
外星生命設想
自20世紀50年代人類進入了太空之後,對于宇宙其他星球的探索就一直在進行着,作為地球最高智慧生物的人類一直渴望着發現宇宙中其它生命的存在。但是在對于其他星球探測時,一般會特别關注是否有水和氧氣,因為認為這是生命存在的基本标準。
現在地球上都有了不需要呼吸氧氣的鲑居尾孢蟲出現,是否意味着我們不該把水和氧氣當做确定是否有生命存在的唯一标準呢?
可能一直以來我們都被固有思維限制了,是因為地球上的生物需要水和氧氣,我們便順理成章地認為外星生物同樣需要。
或許它們細胞的進化與我們是不同的,并未進化出線粒體和葉綠體之類的細胞器,那麼就意味着它們不需要進行呼吸。
地球細胞的進化起源,也是因為要适應地球的環境,外星生命的産生和進化當然也要視它們星球的情況而定。由此看來,在人類因為環境斷言的無生命星球上,說不定生活着許多的生物。
結語鲑居尾孢蟲的出現,不僅打破了所有地球動物都需要呼吸氧氣的固有定式,還告訴了我們進化其實存在着多種可能性,颠覆了我們對生命存在的傳統認知。
生物的進化不一定是一直向前、向複雜的,有時生物也會因為環境自己選擇舍棄一些東西,向着簡單進化。
人類對于外星生物探測的标準也需要有所調整,宇宙如此廣闊,其中生物的複雜程度也不是我們能用地球的固有觀點就能夠判定的。人類還是需要時刻保持着“無知”的狀态,才會領悟到更多“未知”的事情,在外星生命探索時産生一番奇妙的際遇。
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