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啥是鲎
熟读武侠小说的同学若是不小心杀死一只鲎,可能会认为这东西有剧毒,因为鲎的血是蓝色的。
鲎读“厚”,是生活在海洋里的节肢动物,长得跟屎壳郎有几分相似,只不过大得多,小号的大约有三十厘米,大号的差不多有八十厘米,另外还带一根细长黢黑的尾巴,状如侠客佐罗用的那种刺剑,所以被叫作剑尾目。
鲎,又名马蹄蟹、蟹兜、夫妻鱼。图片来源:维基百科
鲎血虽然是蓝色,但并不表示它们有毒,那只不过是铜离子的颜色。血液的重要功能是输送氧气,送氧对象是细胞。对于这么细小的客户,氧气罐不是理想的运输工具,血液用到的是分子技术,就是用分子来携带氧气。最适合做这种工作的是化学反应活跃的元素,比如金属。
至于用哪种金属,因为进化是个撞大运的操作,当初遇到什么就用什么。哺乳动物(包括人类)用的是铁,血红蛋白就是用铁离子来钩住氧分子。而许多节肢动物,包括鲎,是用铜离子来干这种事。铜离子吸收的光谱频率跟铁离子不一样,在人眼看来就呈现蓝色。
根据化石考证,鲎有大约四亿五千万年历史,曾经看着恐龙出现(恐龙大约在两亿五千万年前的三叠纪出现),又看着恐龙灭绝。倘若鲎群里有游吟歌手,应该能跟我们讲述许多有趣的故事。
鲎培育后代的方式略带集体主义色彩。繁殖季节它们来到潮汐起落的浅海区,雌鲎负责往沙滩里产卵,同时有一位个子比较小巧的雄鲎趴在雌鲎背上,给刚产出来的卵授精。如果这时候被人捉住,提起来肯定是一对,这应该就是“夫妻鱼”这个名字的由来。
但是授精的未必就只有这个“夫”,其他没找到对象的雄鲎会在这对夫妻身边逡巡,抽冷子也往那堆卵上撒一把精子。所以,新生代鲎的父亲不那么容易确认,除非做DNA检测。
在自然繁殖过程中,雄鲎会积极掺和。在饲养环境下它们却很挑剔,往往拒绝授精,必须回到它们熟悉的海滩才肯开展繁殖活动。海滩上有什么东西让它们这么坚守,目前还没找到原因。所以在饲养环境下,必须用人工促排卵和人工授精来替它们完成生儿育女的操作。养殖场图方便,有时候会直接到海滩上去收集受精卵,带回来养殖。
冻结的血液
邦戈(FredBang)是位生物学家,美国霍普金斯大学毕业。他的研究重点是海洋生物,其中一个课题是鲎的循环系统。
有一天,他正研究的一只鲎意外死亡,检查发现死亡原因是细菌感染。让邦戈诧异的是这只鲎体腔里发生的事:它全身的血液都凝结成了果冻状。
鲎被细菌感染不是什么很罕见的事,但以前的感染案例没看到有这种血液凝结现象。邦戈抓住线头展开研究,发现这跟感染细菌的种类有关。细菌分类有不同的方法,其中一种方法是根据染色效果分成革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌。能让鲎的血液凝结的,必定是革兰氏染色阴性的细菌。
更让邦戈惊奇的是,并不一定要活的细菌感染才有这种凝血反应。他把一批革兰氏染色阴性细菌煮沸加热十分钟,确保细菌都被杀死,再把这样的细菌尸体放进鲎的身体里,照样可以导致鲎的全身血液凝结。看来这跟一般的细菌感染不一样。鲎的血液凝结,不是活病菌繁殖产生的生物反应,而是细菌身体上的某种物质导致的化学反应。
成分很快就查明了,是革兰氏阴性细菌细胞壁上的脂多糖。
可是,脂多糖为什么会让鲎血凝结?
这其实是鲎的免疫反应,而它们有这么奇怪的免疫反应,是因为循环系统结构跟人类大不一样。
哺乳动物的循环系统有动脉,有静脉,有毛细血管网,整个构成一套循环网络。如果某个地方出现细菌感染,细菌想扩散到身体其他地方,并不是这么容易。它们必须沿着狭小的毛细血管往前移动,而沿途会有各种免疫细胞和抗体围追堵截,所以大多数时候,哺乳动物的感染能被限制在局部,然后在几天时间里自己痊愈。
鲎也有心脏,也有几对类似动脉和静脉的血管跟心脏连接,但没有毛细血管。血液沿着那些类动脉给泵出来,就进入开放的体腔空间,以后的循环基本就靠湍流效果了。
因为这样的开放性,倘若鲎的外壳出现裂缝,让病菌入侵,就很容易迅速播散到全身。
为解决这个问题,鲎进化出了它们自己的一套防御战术:既然不能在毛细血管里堵截细菌,那何不用胶水固定法?
人体的免疫细胞有巨噬细胞、树突细胞、淋巴细胞等等,鲎只有一种免疫细胞,叫作阿米巴样细胞。这种细胞内部有很多小颗粒,显微镜下看起来有点像芝麻饼,只不过那些芝麻粒不是在面上,而是包裹在肚子里。如果这种阿米巴样细胞发现身边有细菌,就开始施展它们的绝技:变形。
这种变形很夸张,细胞膜表面忽然出现大量尖刺,向四面八方伸出去,就像章鱼的触手,每个触手里都载满那些小颗粒。待到这些触手伸展得足够远,这颗阿米巴样细胞就炸裂,细胞主体和触手里的颗粒全部释放出来。这些颗粒跟细菌细胞壁上的脂多糖相遇,会让血液发生凝结反应。凝结成半固体的血液不能随湍流循环,于是把细菌感染给冻结在了局部。
因为这些颗粒是细胞溶解炸裂之后释放出来的东西,后来人们就把它叫作溶菌体。
阿米巴样细胞和它们内部的溶菌体。图片来源: