這些無(wú)腦生物有720個(gè)性別，它們還知道知識(shí)共享和自我犧牲

作者 美圖君

見過這個(gè)嗎？吃起來苔蘚味的生物，它叫黏菌。

黏菌是一種原生生物，全球都有分布，它們不是真菌，也不是動(dòng)物。老實(shí)說，直到現(xiàn)在科學(xué)家們還是不確定應(yīng)該把它們放在進(jìn)化樹的哪根枝條上。

不過不要小看這些神秘而原始的單細(xì)胞生物。我們之前介紹過，人類花百年規(guī)劃設(shè)計(jì)的鐵路網(wǎng)，這些無(wú)腦黏菌26小時(shí)就搞定了。

普林斯頓大學(xué)的生物學(xué)家 John Bonner 研究黏菌已經(jīng)70年了，是這個(gè)領(lǐng)域的重要學(xué)者之一。他說，黏菌看起來不過是“套在黏糊糊的外殼里的阿米巴蟲”，但實(shí)際上卻有超乎想象的智慧。研究黏菌70年后，Bonner 認(rèn)為人類從黏菌身上還可以學(xué)到很多。

巴黎自然歷史博物館（Paris Museum of Natural History）的館長(zhǎng) Bruno David 也表示：“黏菌是自然界最神秘的生物之一。它們沒有腦子但卻可以學(xué)習(xí)，如果你把2個(gè)黏菌融合，其中一個(gè)會(huì)學(xué)習(xí)另外一個(gè)的知識(shí)。”

比如，在2016年發(fā)表在《皇家學(xué)會(huì)報(bào)告B》上的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心的研究人員讓2000多個(gè)多頭絨泡菌（Physarum polycephalum）這種黏菌學(xué)習(xí)過橋。橋上涂有黏菌討厭的苦味咖啡因，因此不是餓極了的話黏菌不會(huì)往橋上走。

多頭絨泡菌進(jìn)食

但是研究人員讓黏菌挨餓，因此這些黏菌被迫爬過苦味大橋，到對(duì)岸找吃的。而這種忽略看起來有害，實(shí)際無(wú)害的信息的能力，就是一種基本學(xué)習(xí)能力——習(xí)慣化（Habituation）。

接著，研究人員把這個(gè)學(xué)會(huì)過橋的黏菌和其他沒有過橋經(jīng)驗(yàn)的多頭絨泡菌融合，然后分開。結(jié)果你猜這么著？新手黏菌雖然沒有學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，但是和老手合體再分開后，也知道不用怕涂有苦味咖啡因的大橋。

不僅如此，多頭絨泡菌這種黏菌還具有空間記憶。因?yàn)槎囝^絨泡菌的智能，英國(guó)南安普敦大學(xué)的機(jī)器人研究者 Klaus-Peter Zauner 還曾經(jīng)讓多頭絨泡菌駕駛機(jī)器人，它能讓機(jī)器人躲避燈光。

黏菌還挑戰(zhàn)了性別最多只有2個(gè)的成見。

比如，黏菌多頭絨泡菌有差不多720個(gè)性別。

為什么會(huì)有720個(gè)性別？

是這樣的，Bonner 指出，黏菌集群的時(shí)候，大家的細(xì)胞核會(huì)匯集成一個(gè)整體——異核（heterocaryon），接著進(jìn)行減數(shù)分裂，產(chǎn)生單倍體孢子。

孢子隨風(fēng)飄走。如果落到潮濕的環(huán)境里，黏菌孢子會(huì)變成變形蟲細(xì)胞（amoeboid cells）；如果落到水里，孢子會(huì)萌發(fā)成鞭毛細(xì)胞（flagellates）。這些單倍體細(xì)胞類似于精子和卵子，它們也可以融合，產(chǎn)生類似有性生殖的行為（產(chǎn)生二倍體細(xì)胞核）。

黏菌的集群

@John Bonner

但是，決定它們是否能融合的，是它們的性別。

多頭絨泡菌的孢子的性別是線粒體DNA（線粒體里的DNA，和細(xì)胞核內(nèi)的DNA不同）上的3個(gè)基因matA、matB、matC決定的，而這3個(gè)基因有不同的版本（等位基因）。

matA有16個(gè)版本（16個(gè)等位基因），matB有15個(gè)，matC有3個(gè)，因此16*15*3共有720個(gè)性別。

就和人類男女配對(duì)一樣，只有當(dāng)這3個(gè)基因都不同時(shí)，兩個(gè)多頭絨泡菌的孢子（單倍體）發(fā)育成的細(xì)胞才會(huì)融合，替代有性生殖。比如matA1就不能和matA1配對(duì)，只能和其他15種配對(duì)。

多頭絨泡菌的繁殖——長(zhǎng)出了孢堆果

再來看看盤基網(wǎng)柄菌（Dictyostelium discoideum）這種黏菌有趣的集群和生殖行為。

在食物（細(xì)菌）充足的時(shí)候，盤基網(wǎng)柄菌這種黏菌就自顧自吃飯和繁殖。

食物充足時(shí)的盤基網(wǎng)柄菌

@Jeremy Pickett-Heaps

但是一旦食物匱乏，它們的行為就會(huì)發(fā)生巨大的變化。

盤基網(wǎng)柄菌會(huì)釋放出一種激素（環(huán)腺苷酸），這種激素會(huì)催生集群行為，使附近的黏菌朝著激素的方向涌來，并開始跳集體廣場(chǎng)舞。

很快，大量黏菌都加入到這種集體廣場(chǎng)舞中，并開始同步運(yùn)動(dòng)。集合起來后，黏菌就形成了假原生質(zhì)團(tuán)（pseudoplasmodium），然后就可以進(jìn)行遷徙。

盤基網(wǎng)柄菌形成的假原生質(zhì)團(tuán)

@CAROLINA BIOLOGICAL SUPPLY

當(dāng)然，也有一些掉隊(duì)的，慘慘慘——

與此同時(shí)，假原生質(zhì)團(tuán)開始變形，它們開始變得像鼻涕蟲，一邊蠕動(dòng)一邊尋找新的棲息地。在尋找新的定居地點(diǎn)的時(shí)候，它們也會(huì)像真的鼻涕蟲那樣，留下一條黏糊糊的痕跡。

如果兩個(gè)假原生質(zhì)團(tuán)相遇，它們可能會(huì)再次合體。

如果環(huán)境不適宜生存，這些假原生質(zhì)團(tuán)會(huì)開始一種更為神奇的行為，它們開始變形成蘑菇一樣的東西。這是黏菌繁殖的最后階段——孢堆果，類似于蘑菇進(jìn)行繁殖的子實(shí)體。

假原生質(zhì)團(tuán)變成孢堆果

而在這最后階段，原本各自為政的黏菌們開始自發(fā)向3條不同的道路分化，形成3類不同的細(xì)胞，一類成為“蘑菇”的基部，一部分長(zhǎng)成了柄，一部分長(zhǎng)成了頂部的圓球。

而從這個(gè)過程中我們知道，黏菌還知道利他和自我犧牲。

因?yàn)樾纬杀突康哪?0%黏菌自我犧牲掉了，它們不會(huì)留下后代。而只有長(zhǎng)在頂端的那些黏菌會(huì)變成球狀，釋放出孢子，繁衍后代。

當(dāng)然，成為了柄和基的黏菌也可能被同伴背叛。一些研究發(fā)現(xiàn)，某些變成了孢堆果頂部的網(wǎng)柄菌會(huì)產(chǎn)生更多的孢子，用自私回報(bào)了別人的好意。

@John Bonner

如果你要自己養(yǎng)黏菌，世界上大部分地區(qū)的森林里都能找到它們的蹤影。它們適宜的生存溫度是19-25攝氏度，相對(duì)濕度在80-100%之間比較好，最喜歡的木頭是相思樹，橡木和栗樹的木頭。它們很怕光，所以大太陽(yáng)下一般看不到。

想想看，黏菌上個(gè)公廁有多難？720個(gè)廁所要一間間鑒定自己的性別能不能上...