水母的 不老之謎

崔媛媛

在廣袤的海洋中，我們常?？梢钥吹斤h散著成千上萬個“圓盤”狀的生物。這些白色、紫色或淡粉色的生物，緩慢地在水中像跳躍一般地游動，它們傘型（或是鐘型）的身體有著特殊的肌肉，運動時先大力擴張將水吸入身體，然后再迅速收縮身體將水推出體外，身體便向反方向推進。多條細長的絲狀觸手拖在身體后，就像眼睫毛一般，隨著“眨眼”而躍動，張開、閉合、再張開……給人的感覺就好像海底深處的幽靈。這種神奇的有點像果凍一般的生物就是水母。

在海洋中自由游動的水母，它的水母型在英文中被叫作“Medusa（美杜莎）”，與古希臘神話中的女妖美杜莎同名。就像神話故事中的美杜莎一樣，水母也有著令人窒息的美麗。長期以來，人們對水母充斥著各種誤解：我們可能知道它們缺少神經系統(tǒng)密集的“大腦”，卻不一定了解它們也能以各種復雜的方式看到和感知這個世界，并做出應有的反應；我們可能知道它們的身體結構非常簡單，但卻未必了解它們所用的游泳技巧其實是動物王國中最節(jié)省體力的一種；我們或許熟悉它們在海洋中靜靜游動的曼妙姿態(tài)，卻未必知道它們身體的漂亮傘型結構或是鐘型結構只是其生命歷程中的一種形態(tài)而已。

水母們有時會成群結隊地靠近海岸，有時又會漫游在海洋的最深處。直到現在，科學家們都無法成功地預測出它們會在什么時候在哪里出現。水母之所以備受海洋學家的關注，一方面是因為它們如怪獸一般難以捉摸，有些水母可以無聲無息地接近人類，并用觸手上有毒的刺細胞給人致命的一擊；另一方面也是更重要的，水母是全球生態(tài)的指示性物種，水母的大量出現，往往意味著海洋水溫開始變暖，并可能帶來生態(tài)系統(tǒng)的衰退。但同時，水母又真如海洋女神一般漂游在大海中，擁有那奪人心魄般的美麗，讓人不由地屏息凝視。也許正是這種存在于“怪獸”和“女神”之間的魅力，讓水母在人們心中留下了深刻的印象。

返老還童？

那些成熟的、能自由自在地在海洋中漂游的水母，生物學家將其稱為“水母型”，而水母在“水母型”的前一個階段叫作“水螅型”。處于“水螅型”階段的水母就像一個個小豎管，棲身在形形色色的海底巖石下方。

1988年，一名海洋生物學專業(yè)的學生在意大利西北海岸的淺水域發(fā)現了一個小小的、直徑只有4～5毫米的鐘形燈塔水母。在淺水中，它透明的身體并不耀眼，唯有一些細小的觸手和略帶紅色、如燈塔形狀的性腺比較醒目（人們往往會把位于水母身體中央的性腺當成它們的大腦）。這位學生把燈塔水母放在裝有海水的容器中，原本是想將它放進冰箱冷凍做成標本，但忙著回家過周末的他忘記了放進冰箱。等到周一回來后，他發(fā)現容器中的水母竟然離奇消失了！

其實，這個水母并沒有消失，它只是變成了不同的形態(tài)，即從“水母型”又變回了“水螅型”。

這位海洋生物專業(yè)的學生大惑不解。一般來說，水母正常的生命周期是按照以下順序進行的：首先，受精卵長成一個體表遍布纖毛、顯得毛茸茸的幼蟲，其學名叫作“浮浪幼蟲”；之后，幼蟲會蛻變成“水螅型”；再后，“水螅型”生長為成熟的、在大海中游動的“水母型”；最終，“水母型”會產生卵子或精子，然后死亡。但顯然，兩天的時間不夠這個水母在容器中完成整個生命周期中的三個階段——產卵，再經過幼蟲期變成水螅型。因為正常情況下，這個過程需要花費數周的時間。因此，這只水母想要在兩天內從水母型變?yōu)樗Ｐ停挥幸粋€可能，它必須像某些神話故事中的主人公一樣返老還童，逆轉時光，將生命周期倒轉過來。這個過程，就好比一只蝴蝶重新變回了毛毛蟲，是一種完全逆時針的轉變。

還有其他的可能性嗎？在此之前人們已經發(fā)現，在水母的生命周期中，也并不總是按部就班地經歷上述這個完整的生命周期。有些種類的水母會跳過水螅型這一階段，直接從幼蟲變成水母型；還有一些物種，跳過的是水母型階段，而停留在水螅型，直到老去。

水母型通常是它們進行正常有性繁殖（即產生精子和卵子，并形成受精卵的繁殖方式）的階段，但對于水母來說，有性繁殖并不是它們產生后代的唯一方式。水螅型擁有一種名叫“出芽生殖”的無性繁殖方式，即水螅型的身上可以長出新的水螅型，就像有分枝的樹杈一樣。有時，水母型也可以從傘形身體的下面分裂出新的水母型。盡管水母的生命周期具有各種不定性，但科學家們還是認為，這種不定性也是有限度的，當一個水母達到繁殖年齡，開始產生卵子和精子的時候，它們面對的唯一選擇都是產卵并死去。

然而，當意大利薩倫托大學的研究人員開始仔細研究燈塔水母的生命周期時，他們驚奇地發(fā)現：饑餓、突然改變水溫（升高或降低）、降低水體鹽度、機械損傷等環(huán)境條件都可以讓燈塔水母逆轉生命過程；燈塔水母還完全打破了“產卵死亡”的生命定論。在實驗室中，科學家們目睹了燈塔水母從水螅型變成水母型，又再次變回水螅型，并且多次重復這一過程，完全沒有經歷“死亡”這一生命階段！

之后，一名日本的科學家的觀察再次震撼了全世界：他已經在實驗室中陪著一只燈塔水母度過了數十年的時光。這只水母還沒有經歷死亡的過程。從各個方面來看，這只燈塔水母似乎都可以“長生不老”。因為至少在理論上，燈塔水母可以在其生命周期中隨意地向前和向后變形，這樣它們就可以隨時回歸到更年輕的階段，實現真正的永生！

隨著對燈塔水母研究的深入，目前科學家已經在意大利、西班牙、巴拿馬、美國、日本和澳大利亞等世界的多處海域中相繼發(fā)現了燈塔水母，而遺傳學研究也證實這些不同海域的水母確實都是同一物種。這就意味著，燈塔水母的足跡已經遍布了世界各地，而幫助燈塔水母走遍全世界的正是我們人類。

科學家發(fā)現，在水母型和水螅型之間的可逆轉變，使得燈塔水母可以長時間生活在人類船艙內的壓艙水中，即使這個環(huán)境對其他很多水母以及海洋生物來說過于惡劣，但燈塔水母可以憑借著自己“逆生長”的“絕技”，依靠水螅型的狀態(tài)完全能夠承受這份環(huán)境壓力，并實現環(huán)游世界的“夢想”。而且，與其他入侵物種相比，可以“永生”的燈塔水母對當地環(huán)境并不會造成什么大的威脅，因為它們實在是太小了。

盡管燈塔水母確實可以“長生不老”，但科學家還是認為，燈塔水母最終都將走到生命的盡頭。它們可能會被其他天敵生物（包括人類）殺死，也可能自然死亡，否則，整個海洋都會被不斷新生卻“永生不死”的燈塔水母所占據，目前的海洋顯然沒有出現這樣的場景。

開啟“倒帶按鈕”

對于動物體來說，包括我們人類，身體中的每一個細胞都有自己的生命歷程。所有類型的細胞在一開始都是以“干細胞”的形式誕生，它們就像一個個充滿著各種可能性的面團。然后在每個干細胞中，特定的基因開啟或關閉，使得這些細胞分化、生長為肌細胞、表皮細胞和神經細胞等具有不同功能的細胞，就像面包師將面團做成比薩餅和面包，或是干脆做了一張卷餅一樣。但是，通常情況下，我們都不能再將一個烤好的面包揉成面團，再把它變成比薩餅。同理，我們身體內的肌細胞也不能再經歷一次重新分化，變成神經細胞。

正因為如此，科學家們迫切想了解燈塔水母體內的細胞究竟發(fā)生了怎樣的變化，才能讓這種水母逆轉年齡生長。通常情況下，控制水母胚胎轉化為幼蟲，再由幼蟲轉變?yōu)樗Ｐ偷幕蜷_關是按照一定的、不可逆轉的順序開啟的。但顯然，燈塔水母的細胞可以開啟“倒帶按鈕”?？茖W家認為，當燈塔水母開始“返老還童”時，它們體內的細胞可以選擇性地打開或關閉某些基因，這樣基本上就相當于這些細胞可以重新還原成“面團”，然后重新分化成其他形式的細胞，例如一些屬于水螅型狀態(tài)下的細胞。

如果細胞可以再次退回到干細胞的狀態(tài)，這對于醫(yī)學研究人員來說就具有巨大的誘惑和無限的可能。因為如果人類也能開啟細胞的“倒帶按鈕”，我們就可以打開治愈各種疾病的大門，例如帕金森病和癌癥將不再是無法根治的醫(yī)學難題。對此，科學家認為：癌癥就是細胞在重新變異后，開始無規(guī)則地分裂增殖，這是一種無法控制的增長，目前還沒有方法來應對這些癌細胞的變異和增殖。但是，在燈塔水母體內，一種細胞重新變成另一種細胞卻是完全可以定向控制的，而我們需要了解的，就是哪些因素在“控制”著這一切。

永生之謎

燈塔水母的長生不老、返老還童之謎，正逐漸引起了更多相關科學家的注意。

在21世紀初，兩位日本生物學家山中伸彌與他的研究生高橋和敏給小鼠的皮膚細胞中注入了4～7個被稱為“轉錄因子”的蛋白。在生物體內，轉錄因子可以與DNA相連并控制哪些基因可以被轉錄（以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補配對原則，合成mRNA的過程）。他們發(fā)現，有幾種蛋白質具有將皮膚細胞逆轉為干細胞的超級能力。利用這些恢復成“面團”的干細胞，他們重新培養(yǎng)出了神經細胞、血細胞和心肌細胞。正是由于這項驚人的發(fā)現，山中伸彌獲得了2012年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

盡管這項研究結果令人振奮，但要將這一發(fā)現應用到生物體內還有一個最主要的障礙，這就是有關轉錄因子的絕大部分研究工作都是在培養(yǎng)皿中生長的細胞上完成的。但現實中，每一個細胞都生活在一個完整的生命體復雜的“生態(tài)系統(tǒng)”中，它們每時每刻都在與附近的細胞進行著“溝通和交流”，交換著彼此的分子信息，告知彼此應該如何工作，這就如同我們通過眼睛、耳朵、鼻子、嘴和皮膚收集信息，再告訴整個身體如何工作一樣。

因此，為了真正了解一個細胞如何變成一個“面團”干細胞，再轉變?yōu)槠渌毎覀冃枰肋@個細胞如何與其他細胞共同整合成一個有機體。山中伸彌也在最近發(fā)表的論文中提出了同樣的問題：如果我們真的想要了解細胞的命運，我們就應該理智地去研究一個生命體，看它利用什么機制，將體內成熟的、已經具有特定功能的細胞逆向轉變?yōu)樽畛醯哪Ｊ健杉毎?/p>

他們的結論是：適合用于破解“永生”之謎難題的生命體，就是燈塔水母。

美國得克薩斯A&M;大學海洋實驗室延續(xù)了兩位日本生物學家的科研結果，開始了燈塔水母的基因研究工作，開始真正從生命體的意義上破解細胞的逆生長之謎。研究人員已經采集了燈塔水母的水母型和水螅型，正在致力于研究哪些基因激活了燈塔水母的逆生長過程。其中，重點關注山中伸彌曾發(fā)現的可以將小鼠皮膚細胞變回干細胞的那幾種轉錄因子。

目前，這項研究還處于反復的實驗和驗證階段，在結果出來之前，長生不老仍然是屬于燈塔水母的終極奧秘。但在研究結果問世的那一天，我們完全有理由相信這些結果不但將解釋燈塔水母的永生之謎，也將打開人類醫(yī)學和生命科學研究的新篇章。

鳳凰涅槃的海月水母

最近，科學家們發(fā)現，“長生不老”的特征可能并不僅僅局限于燈塔水母。一種體型明顯大于燈塔水母的海月水母（直徑30～50厘米）在2016年進入了大家的視野。

當時，廈門大學攻讀海洋生物學的研究生何勁儒在實驗室中飼養(yǎng)了一只海月水母。在同樣遭受了被人遺忘數天的命運之后，這只海月水母沉到了缸底，不再游動，碎成了數片。通常在這時，一般人都會以為這只水母已經死去了，并會將它沖進下水道中。但何勁儒并沒有這么做，他仍在繼續(xù)觀察這些碎片。幾個月之后，海月水母開始像鳳凰一樣涅槃重生。觸須出現了！再后來，健康的水螅體從這些水母體的碎片中“跳”了出來。這時，大家才意識到，這只海月水母并不是簡單地破碎死去，而是逆轉了自己的生命周期，從水母型退回到了水螅型。這表明，燈塔水母并不是唯一一種能夠在受傷后逆轉生命歷程的水母，海月水母也可以。這一發(fā)現也為科學家探索水母的逆生長之謎打開了新的大門。

箱水母的“大胃口”可能危及海洋生態(tài)系統(tǒng)

人類釋放的一些二氧化碳溶解在海洋中變成碳酸，使得海水逐漸趨于酸性狀態(tài)。科學家們正在努力搞清到底哪些物種將受到這一變化的巨大影響。他們特別關心在整個海洋的食物鏈中起關鍵作用的生物，因為如果它們消失了，整個海洋生態(tài)系統(tǒng)就有面臨崩潰的可能性。

其中，一些橈足類動物，例如水蚤、魚虱等浮游生物就在海洋生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著特別重要的作用。這些小甲殼動物是地球上數量最為龐大的種群。它們往往在一片海域中大量涌現，而更大型的海洋生物也就此展開一場饕餮盛宴。

美國猶他州立大學的科研人員正在監(jiān)測海洋中的橈足類動物，他們認為，這些小型動物們擁有著巨大的力量，可以影響到所有以它們?yōu)槭车暮Ｑ笊铩?/p>

起初，研究人員是想探索橈足類動物對海洋酸化的抵抗力。他們從澳大利亞周圍的海域中收集了這些浮游生物，以及其中一種以此為食的海洋生物——箱水母，并將這些浮游生物分別養(yǎng)在幾缸普通的海水和具有一定酸度值的海水中（其數值是科研人員推斷2100年海水可能達到的酸度而設定的），同時，再分別從這兩種海水生境中隨機選出一部分放入了箱水母。

十天后，研究人員統(tǒng)計了每個缸中存活的浮游生物數量。他們發(fā)現，酸性的海水和箱水母都造成了這些橈足類動物數量的減少。但在同時具備這兩個因素的水缸中（在酸性海水中放入箱水母的環(huán)境），死亡的橈足類動物要比單一因素（普通海水中放入箱水母，或是只有酸性海水環(huán)境）造成的死亡總和還多出了27%。這就表示，在酸性海水環(huán)境中，箱水母吞食掉了更多的橈足類動物。在普通海水中，箱水母的吞食量大約為37%，但隨著海水酸化，它們的吞食量達到了83%，是原來的兩倍多！

對此，生物學家們認為，酸性的海水環(huán)境可能讓橈足類變得更加虛弱，而這時箱水母就占據了捕食的優(yōu)勢。但也不排除其他的可能性，也有可能是箱水母受到了酸性的影響，因此需要捕食更多的浮游生物，才能幫助自己在更為惡劣的環(huán)境中存活下去。

不論箱水母胃口變大的原因究竟是什么，這一實驗結果都讓科學家們不免為海洋的未來擔心。而更讓他們擔心的是，不光是箱水母，海水酸化很可能讓其他水母也變得胃口大起來。而這種不斷疊加的效應，極可能會破壞甚至摧毀海洋中的一些食物鏈。

接下來，研究人員打算進一步關注北極生態(tài)系統(tǒng)。這里是世界上最大的海洋生態(tài)系統(tǒng)之一，如果相同的事情也在這里發(fā)生，那整個海洋生態(tài)系統(tǒng)可能真的就要面臨大危機了！