水母是海洋館裡最受矚目的海洋生物之一。它們像水中一朵朵晶瑩的花朵,五顏六色,閃耀著奇異的光芒,遊動起來搖曳多姿。
然而,外表溫柔的它們,卻因擁有包含毒素的刺細胞而令人生畏。夏季的海灘,總有遊客因下海遊泳而被水母蜇傷。
這種飄逸美麗卻又擁有近乎邪惡毒素的生物是如何演化形成的呢?在研究過程中,科學工作者還提出了另一個問題:全身98%都是水的水母真的能留下化石嗎?
防身的致命武器:刺細胞毒素
水母因其具有特別的刺細胞,在分類學上和珊瑚一起隸屬於腔腸動物門。廣義的水母類包括:水螅綱(Hydrozoa)、缽水母綱(Scyphozoa)和立方水母綱(Cubozoa)。我們在海邊經常可見的海蜇屬於缽水母綱,是世界上最常見的一種水母。
水母的身體由內、外兩個胚層構成,屬於膠質浮遊動物,絕大部分屬種在海洋裡浮遊生活,在一些淡水湖中也可見到少量蹤影。水母可以通過收縮改變內腔體積,利用噴水的方式進行運動。
水母的種類有很多,形態各異。其身體外形就像是一把透明傘,在傘狀體邊緣長有一些須狀的觸手,有些可長達30米,這些觸手其實是它們的消化器官,也是它們的捕食工具。正是在這些觸手上面布滿的刺細胞能夠射出毒液。
一般情況下,水母主要以小型浮遊甲殼類、硅藻、纖毛蟲以及各種浮遊幼體等為食,當這些獵物被刺蜇以後,會迅速麻痺而死,水母便會用觸手將獵物抓住,通過傘狀體下面胃層分泌的蛋白酶消化食物。
但這種刺細胞裡含有刺胞毒素(含幾種多肽及組胺等),對人類也有很大危害。人被水母刺到,很快會感到炙痛並出現紅腫,一般情況下,只要塗抹消炎藥就能逐漸止疼消腫。但如果不幸遇到劇毒的水母,便會有生命危險。
如在澳大利亞海濱,有一種惡名昭彰的箱形水母,它們是世界上毒性最強的水母。它的毒液幾乎混合了各種有毒動物具有的全部類型的毒素,可以在幾分鐘之內致人死亡。因此,它在海洋中對人類的傷害力遠超體型龐大的鯊魚。
不過並非所有水母都擁有令人生畏的毒素,它們隨著環境的變化而演化出了不同的特徵。在太平洋上的帛琉群島以及印度尼西亞達拉灣的卡卡班島,鹹水湖裡的斑點水母與太平洋黃金水母的毒刺在漫長的演變中退化,因此也被稱為無毒水母。
這可能是因為這些水母生活在島中相對封閉的水域環境中,靠海藻分泌的營養素為生,且缺乏天敵。經過近萬年與環境的協同演化,這些水母「遺失」了其祖先用以防身自衛的武器——身體內的毒素。
這些特徵表明,水母的毒性可隨著環境的變化而產生變異,特別是強毒性的水母。例如箱形水母,其觸手布滿了儲存毒液的刺細胞,其中包含了世界上已知最毒的神經毒素,它的產生可能源於其生存環境,以及捕食活動的長期影響。
罕見的水母化石
那麼,水母在漫長的地質歷史上,有沒有化石記錄呢?它們又是如何被記錄下來的呢?
水母身體的主要成分是水,體內含水量可達98%以上,並且通常缺少硬體組織,因此水母化石在地質歷史的記錄中極為罕見,僅在一些特異埋葬的化石庫中才能得以現身。
最早的化石紀錄,當屬以印模狀態出現在澳大利亞埃迪卡拉紀(距今約6億年前)的粗碎屑巖中的疑似水母化石。這些化石呈輻射對稱,體型龐大,且數量眾多,但因為跟現代的水母差別較大,所以其是否為水母化石仍然存在疑問。
研究人員基於雲南澄江動物群的Yunnanoascus haikouensis的重新研究,認為它是目前已知最早的浮遊類型的水母化石,距今約5.2億年——可以說,水母的出現應該比恐龍還要早了很多。
根據化石保存的特徵,該水母歸屬為缽水母綱,且具備16對用於捕食的觸手。
此外,在北美猶他州中寒武統(距今約5億年前)發現的一些水母化石呈壓扁的狀態,保存在頁巖中,其中包括水螅綱、立方水母綱和缽水母綱的代表。
這些水母化石不僅僅保存了完整的水母傘狀外形及觸手,而且還保存了更多的細節特徵。
這些研究成果表明,在緊隨埃迪卡拉紀之後的早寒武世,也就是寒武紀生命大爆發時期,確切的水母動物已經出現,其各個綱一級分類單元的代表在中寒武世就已經活躍於海洋中了。
從寒武紀生命大爆發到現在,水母已經歷了6.5億年的演化歷史,並在漫長的地質年代中不斷進化,產生了更多物種。現今我們在水族館中看到的光彩奪目、各色各異的水母便是它們演化的絕佳證明。它們充分反映了大自然的神奇之處以及生命演化的奧妙。
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箱形水母的致命毒液發現「解藥」
澳大利亞雪梨大學研究人員最近在英國《自然·通訊》雜誌上發表論文報告說,他們利用基因組篩查方法,發現一種已有的藥物,可阻止被具有致命毒素的澳大利亞箱形水母蜇傷後出現的部分症狀。
澳大利亞箱形水母是世界上毒性最強的動物之一,蜇人後其毒素會使人的皮膚壞死並伴隨劇痛,還會侵入人的心臟,使人在短時間內因心臟停搏而死亡。一隻箱形水母體內攜帶的毒液足夠致60人死亡,目前還沒有針對其毒液的特效藥物。
此次澳大利亞的研究人員稱,利用被稱為「基因剪刀」的CRISPR基因組編輯技術,他們在實驗室處理了數百萬個人體細胞,對每個細胞敲除一個不同基因,然後加入澳大利亞箱形水母毒液觀察,旨在用這種全基因組篩查方法,尋找到那些與毒液接觸時可以倖存的細胞。
研究人員在篩查結果中發現,人體細胞內一種名為ATP2B1的蛋白質是箱形水母毒液發揮毒性的必要條件,而ATP2B1蛋白質的存在需要有膽固醇。「我們在這項研究中確認,水母毒液發揮毒性的通路需要膽固醇,由於市面上已有很多藥物可以靶向膽固醇,我們採用了其中一種,用它來對抗毒液,結果它真的起了作用。這是一種分子水平上的水母毒液的『解藥』。」論文第一作者、雷蒙德·勞博士說。
動物實驗顯示,將上述靶向膽固醇藥物注射到暴露於箱形水母毒液的小鼠體內,只要在小鼠接觸毒液15分鐘內給藥,就可以阻止小鼠皮膚壞死和疼痛。但研究人員還不能確定藥物是否可以阻止毒液引起的心臟驟停,未來將開展進一步研究。