●小琪 編
吃喝拉撒是生命為維持新陳代謝而進(jìn)行的基本活動(dòng),但誰能想到,在日本,一只蟲卻因?yàn)榕疟愕巧狭诵侣勵(lì)^條。
2020年5月25日,日本三重縣水族館飼養(yǎng)的一只大王具足蟲時(shí)隔兩年再次排便,根據(jù)糞便中所含有的鱗片,可以確認(rèn)排出的糞便來源并非是水族館的飼料,而是入館前所吃的食物。三重縣水族館目前存活的5只大王具足蟲,最早引進(jìn)于2007年,最晚入館的是2016年引進(jìn)的“27號(hào)”和“28號(hào)”。雖然不知道具體是哪只排出的糞便,但可以確定的是,這些宿便,至少已經(jīng)在它們的肚子里呆了四年。
還有更令人震驚的,2014年,該館的大王具足蟲“1號(hào)”絕食5年零43天后死亡,是目前已知絕食時(shí)間最長(zhǎng)的動(dòng)物之一。重點(diǎn)是,經(jīng)過解剖,發(fā)現(xiàn)它的胃部組織正常,也就是說它并不是被餓死的,而是正常衰老死亡。
宿便能攢四年,還能持續(xù)五年時(shí)間不吃不喝,大王具足蟲到底是什么樣的存在?
大王具足蟲時(shí)隔兩年排出的糞便中檢查出的未消化的魚的鱗片
日本三重縣水族館2013年7月引入的“12號(hào)”大王具足蟲,在入館后第一年排出的糞便中所含有的食物,包括魚的骨骼、鱗片、紙片等。
大王具足蟲是世界最大的等足目生物,有兩對(duì)觸須和七對(duì)足。
在19世紀(jì)以前,學(xué)界普遍認(rèn)同“深海沒有生命存在”的觀點(diǎn)。直到1879年法國(guó)動(dòng)物學(xué)家米奈·愛德華第一次描述了同事亞歷山大·阿格奇的藏品——一只來自墨西哥灣深海的大王具足蟲,情況才有所轉(zhuǎn)變。
大王具足蟲是世界上最大的等足目動(dòng)物,生活在墨西哥灣和西大西洋等深海海域海底(200~2500米),體長(zhǎng)一般在19~36cm。過去發(fā)現(xiàn)的最大的大王具足蟲,體長(zhǎng)達(dá)76cm,重約1.7kg。
聽到大王具足蟲這個(gè)名字,大家都會(huì)以為它是昆蟲類生物,而實(shí)際上它是一種甲殼類動(dòng)物。屬于等足目的大王具足蟲身體扁平對(duì)稱,有2對(duì)對(duì)稱的觸角和7對(duì)對(duì)稱的步足。與它一樣同屬等足目動(dòng)物的還有我們生活中常見的潮蟲(俗稱團(tuán)子、西瓜蟲)。
大王具足蟲是深海環(huán)境中重要的食腐動(dòng)物。通過對(duì)化石的研究發(fā)現(xiàn),大王具足蟲自一億六千萬年前便已存在。長(zhǎng)達(dá)億年的演化讓它們具備了良好的環(huán)境適應(yīng)能力,自170米深、昏暗的次沿海區(qū)域,至2140米深、幽黑的深海區(qū)域都可以看到大王具足蟲的蹤影,而這些深海區(qū)域有著極大的壓強(qiáng),且溫度可以低至4攝氏度。80%的大王具足蟲都生活在365~730米的深度。一般在滋泥或粘土層中獨(dú)自生活。
大王具足蟲的步足,不僅可以用來走路,還可以用來游泳。由于它們生活在深海,人類對(duì)它們的研究和了解并不多。目前已知的是,大王具足蟲是雜食性動(dòng)物,它們的食物包括大型魚類、鯨魚的殘骸,以及一些弱小的生命和有機(jī)物等。
在深海的特殊環(huán)境下,食物并不充足,因此它們形成了少食、能耐饑餓的行為模式——當(dāng)遇到大量食物時(shí),它們會(huì)毫不知足地吃吃吃,直到再也吃不進(jìn)去才離開;而在食物缺乏時(shí),它們也能在數(shù)月或數(shù)年后才進(jìn)食。這樣的少食、絕食如何維持他們龐大的身體呢?科學(xué)家們認(rèn)為,這是由于他們的代謝非常緩慢,在水族館的大王具足蟲通常會(huì)一動(dòng)不動(dòng)地呆上數(shù)日,可見它們?yōu)榱藴p慢代謝是多么耐得住寂寞。但是如此少的食物,怎樣形成其巨大的體型,至今仍然未解。要了解大王具足蟲的代謝為何如此緩慢,首先要知道一個(gè)定律。
代謝是新陳代謝的簡(jiǎn)稱,是生物體為了維持生命,在細(xì)胞、組織、器官中所發(fā)生的利用外界獲取的無機(jī)物和有機(jī)物進(jìn)行的一系列化學(xué)反應(yīng)。
代謝可以分為兩類,一類是異化(分解),是將物質(zhì)分解產(chǎn)生能量的過程,例如細(xì)胞呼吸。另一類是同化(合成),是使用能量合成物質(zhì)的過程,如蛋白質(zhì)、核酸、多糖和脂質(zhì)的合成。
不同種類的生物有著完全不同的代謝能力,但代謝速率遵循一定的規(guī)律。
成年人處于絕對(duì)休息狀態(tài)時(shí),在20℃的室溫下,每千克體重每小時(shí)可燃燒約1卡路里熱量。但是,在同一情況下,大象每千克每小時(shí)僅燃燒1/2卡路里,而體型更小的老鼠單位體重卻會(huì)燃燒70卡路里。這種單位體重代謝速率隨著動(dòng)物體重增加而發(fā)生的變化被總結(jié)為克萊伯定律。
克萊伯定律于1947年被提出,是生物學(xué)界最普遍的規(guī)則之一,從小鼠到鯨魚,甚至肉眼不可見的原生動(dòng)物都遵循克萊伯定律。
詳細(xì)來說,生物的代謝速率和體重的3/4次冪呈正比,單位時(shí)間所消耗的能量隨著體重增加而增加,但單位體重所消耗的能量則隨著體重的增加而相對(duì)減少,體重越大,每千克體重每小時(shí)的代謝越慢。
大部分生物符合這個(gè)正常的基礎(chǔ)代謝規(guī)律,但有少數(shù)種群存在一定偏離。2006年1月26日《自然》雜志上有一篇文章就指出,在對(duì)涉及43類總共500種并且覆蓋6個(gè)大小數(shù)量級(jí)的植物進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn),3/4冪律在陸生動(dòng)物中準(zhǔn)確性非常高,鳥類的冪律數(shù)據(jù)大約是2/3,而植物重量與代謝率的比例關(guān)系接近于1。
大王具足蟲頭部的特寫
克萊伯定律背后的原理是:體重不同,細(xì)胞的代謝速率有差異?;A(chǔ)代謝包括被動(dòng)式的熱量散發(fā)(如從皮膚散發(fā)的熱量),然而更重要的是維持體內(nèi)細(xì)胞的最低能耗。將哺乳動(dòng)物的細(xì)胞在培養(yǎng)皿中進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(可以看做是營(yíng)養(yǎng)、飼料、氧氣等)充足時(shí),每個(gè)細(xì)胞的代謝速度完全相同。
那是不是說哺乳動(dòng)物不管體重大小,細(xì)胞的代謝速率都是相同的呢?
答案是否定的,這是因?yàn)橐S持細(xì)胞的基礎(chǔ)代謝,身體必須將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)矫總€(gè)細(xì)胞,而根據(jù)動(dòng)物的體重不同,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸速度也不同。生物的體重體型越大,代謝物質(zhì)通過微血管或者微導(dǎo)管到達(dá)個(gè)體細(xì)胞的速度就越慢。因此,隨著物種體重的增加,單個(gè)細(xì)胞的代謝速率也逐漸趨緩。
但是大王具足蟲看著也不大,按照克萊伯定律,它的代謝應(yīng)該挺快,為什么它的代謝會(huì)如此緩慢呢?
生物的基礎(chǔ)代謝除了與體重有關(guān)以外,環(huán)境的影響也至關(guān)重要。
陸地生物的代謝容易受到氣溫的影響,氣溫越低,基礎(chǔ)代謝也就越慢。而陸地上的植物和微生物的代謝則會(huì)受到其所處環(huán)境資源供給能力的制約。
例如,地球變暖正在導(dǎo)致至少包括植物和植食性生物在內(nèi)的多種生物代謝過程發(fā)生變化。當(dāng)大氣中二氧化碳濃度增加,植物的光合作用也會(huì)加強(qiáng),導(dǎo)致植物的根和莖以及葉子的比例增加。這直接使植物代謝速度被動(dòng)加快,又繼而引起碳和氮等代謝產(chǎn)物的排放加劇。
對(duì)以植物為生的生物來說,這一變化意味著食物質(zhì)量發(fā)生惡化(因?yàn)橹参矬w內(nèi)的養(yǎng)分流失更快了),但動(dòng)物在短期內(nèi)可能還意識(shí)不到這一點(diǎn),并保持一直以來的食量,吃得一樣多但攝入的養(yǎng)分卻在減少。為了保證機(jī)體的正常運(yùn)轉(zhuǎn),植食性生物的營(yíng)養(yǎng)代謝速度將因此而變得低下。
與陸地生物相似,水生生物的代謝速率也會(huì)受到環(huán)境中的溫度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響,如水域中碳、氮和磷元素的比例,水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分的配比會(huì)影響水生生物的呼吸速度。另外還與競(jìng)爭(zhēng)者、食物、捕食者之間的相互作用有一定的聯(lián)系。
科學(xué)家們推測(cè),大王具足蟲之所以代謝緩慢,是由于它們生活在365~730米深度的海域,這些深海區(qū)域有著極大的壓強(qiáng),且溫度可以低至4攝氏度。另外,大洋深處食物匱乏,它的身體為了適應(yīng)環(huán)境而進(jìn)化出了緩慢代謝的特征。這或許就是大自然的神奇之處,無論多么奇怪的現(xiàn)象,在大自然中都有可能發(fā)生。
對(duì)于人類來說,指望像大王具足蟲一樣“凍結(jié)時(shí)間”并不現(xiàn)實(shí)。畢竟,即便你可能會(huì)像大王具足蟲一樣在五年時(shí)間里不吃不喝,但是你肯定不想像它一樣宿便四年甚至更久吧。