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Sep. 12 2016

顛覆教科書:櫛水母並非屎從口出

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  • 顛覆教科書:櫛水母並非屎從口出

長期以來大家都認為櫛水母沒有肛門,不過新出爐的影片可讓生物學家們跌破眼鏡。

兜櫛水母(lobed comb jelly, Mnemiopsis leidyi)。PHOTOGRAPH BY WILLIAM E. BROWNE

 

關於屁股,可有個源遠流長的故事:從前從前,所有的動物基本上都是用嘴吧在便便──沒錯,牠們利用同一個開口進食與排遺。不過隨著數千年過去,有些動物演化出腸道,這使得牠們可以從身體的一端進食,再從另一端排出消化後的殘渣。

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故事要從我們現在看到的那些動物說起。藉由DNA與化石證據,我們發現那些看似植物的海綿、海葵與水母等只有一個消化腔開口的動物,演化來自5.4億年前最初的動物分支;好比老鼠、蒼蠅、蝸牛、蠕蟲與人類等等具備嘴巴與肛門這兩個消化道開口的動物,則源自相對晚期的動物分支。正因為具有兩個消化道開口的生物多如恆河沙數,這種消化系統被視為絕佳的適應結果,才能如此廣泛出現在各種動物身上。而其中一個雙開口系統成功的原因,也許正是因為這能有效避免生物們誤食到已經消化過的食物殘渣。

堪稱是自然課本上的完美案例──直到前陣子為止。

作為長期以來一直被認為只有一個消化腔開口的櫛水母,如今有影片拍到牠從另一個開口便便,這使得科學家重新思考不得不重新思考,肛門與食物由一端到另一端的消化道演化之路。

海洋生物學家松本·喬治(George Matsumoto)說:「如果不是因為這影片,還真令人難以置信。」雖然沒有參與這次的計畫,不過松本在加州蒙特雷灣水族研究中心(Monterey Bay Aquarium Research Institute)專攻櫛水母。而這次的相關報告刊登在《當代生物學》(Current Biology)中。

櫛水母看起來簡直就像是來自另一個星球的生物。即使名字與外表看起來與水母都有幾分相似,但是「櫛水母」跟「水母」可是完全不同的生物;不過有一點倒是相同,他們都來自演化樹上非常古老的動物分支,許多研究也指出,牠們與我們在生命一些相當基礎的組成上有著共通點。

半透明的櫛水母因為像是閃耀著彩虹的梳子而得名。而數以百種的動物基因序列分析顯示,櫛水母的演化更早於那些至今仍保持一個消化腔開口的動物,諸如海葵、珊瑚與水母。

十九世紀晚期,動物學家在櫛水母身上相對於口部的另一端發現了一對孔洞,並取名為肛孔(anal pores),不過他們並不確定這對孔洞是否用來排遺,因為在實驗室中,櫛水母通常將消化過的食物從進食的口部再吐出來,幾乎沒有從其他地方排出消化殘渣的紀錄。

百年以來生物學家們猜測也許這對孔洞另有他用,例如用來在水中的調節體內壓力。

佛州邁阿密大學的演化生物學家威廉·布朗(William Browne),認為這是因為過去大家沒有正確地餵食纖弱的櫛水母,導致櫛水母「嘔吐」了。在他的實驗室中,他小心翼翼地將稚魚滴入櫛水母。

當有一天他看到櫛水母正在便便的時候,他用攝影機拍下了好幾小時的影片。

影片中可見淺褐色的稚魚就像一團灰塵,緩緩地流經櫛水母半透明身體裡的消化道,而那些沒被消化掉的鱗片先是聚集在櫛水母的尾端,接著就從肛孔被排出去了;為了看得更清楚一些,布朗餵食了基因改良出來的紅色稚魚,結果如出一轍,櫛水母從另一端排出了紅色便便。

追本溯源

櫛水母從一端進食另一端排遺的發現,瓦解了關於肛門單一起源的故事,進而產生了兩種可能。

一說是櫛水母獨立於其他動物之外,自己演化出了與我們的消化道與肛門十分相似的構造;另一說則是海葵與親緣相近的動物們雖然承襲了來自祖先的肛門,但是卻隨著演化失去了這項特徵。

為了找出哪一個說法更接近事實,生物學家需要花費功夫更加細膩的檢視這不怎麼令人愉快的細節。舉例來說,如果櫛水母與老鼠使用相同的基因來發育消化系統,後者的丟失假說就會更加可信一些。

布朗猜多數的生物學家壓根沒有懷疑過櫛水母的消化系統這件事,因為原本關於只有一個消化腔開口的說法既簡單又方便。而布朗大學的演化生物學家凱西·鄧恩(Casey Dunn)也同意這一點。儘管過去罕有生物學家觀察過櫛水母的排遺;但即使是現在,也還缺發充足的證據足以動搖課本上關於櫛水母的記載。

「如果櫛水母在海中便便了,但是沒有任何清楚的資料記載下來,那麼就會被當作沒這回事喔。」鄧恩打趣說。

不過布朗發現的這項基礎性質倒是真的動搖鄧恩了。

鄧恩接著說:「顯然我們還有太多基礎而冷門的工作還有待完成,而且無須仰賴離子加速器或者次世代的DNA定序,只需看著動物便便就好啦。」

 

撰文:Amy Maxmen

編譯:曾柏諺

DEC. 2019

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