沒有顯微鏡還想觀察細胞？這些“巨無霸”單細胞生物絕對能滿足你

　　細胞總是和顯微鏡聯繫在一起，即使是大象，它的體細胞與老鼠的體細胞在大小上並沒有明顯的差異。可是我們看到單細胞生物不需要複雜的組織器官也能夠很好地生存，那麼是否存在“單細胞大象”呢？
　　<strong>生物課本曾告訴我們，細胞通過細胞膜與外界進行物質交換，其體積與表面積之比限制了自身體積的增大。</strong>細胞體積的變大會影響其胞內外物質交換的能力，導致胞內得不到充足的養分，產生的廢物也難以及時排出。因而細胞的直徑一般在 10-200 微米之間。
　　當然我們現在知道未受精的雞蛋蛋黃就是一個卵細胞，但這並非是一個生命體。<strong>雖然單細胞大象的幻想破滅了，但是比人大的單細胞生物還是存在的。</strong> 
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　　杉葉蕨藻（<em>Caulerpa taxifolia</em>）可以說是目前所發現的最大的單細胞生物，最大的杉葉蕨藻可達 3 米。<strong>從外形上看，你一定想不到這長有與蕨類植物相似的葉、莖、根的植物，竟然是一個巨大的細胞。</strong>當然你也絕對無法想到這種單細胞生物作爲一個***物種，成功地打敗了進化地位更高的真正的海藻。
　　杉葉蕨藻原是一種自然生長於熱帶珊瑚礁海域的原生海藻。上世紀八十年代，人們發現這種海藻不僅外表較爲美觀，還能夠作爲清道夫吸收水中的一些養料與化學物質，同時無需花費太多精力養護，就可以很好地生長，於是經過人爲的培育與挑選後，杉葉蕨藻被廣泛地應用於世界各地的水族館中。
　　1984 年，海洋生物學家在摩納哥水族館附近的海域中發現了這一類海藻。科學家發現這種海藻具有強大的繁殖能力，僅需掉落的一小片海藻，就可以重新長成一個個體；加之缺乏天敵，杉葉蕨藻很快地在地中海沿岸與海底蔓延開來，擠佔了其他藻類與海底生物的生存空間。<strong>更可怕的是，這種海藻還可以釋放一些有毒物質，對其他海生植物的生長有一定的抑制作用，因而杉葉蕨藻也被稱爲“殺手藻”。</strong>
　　科學家推測杉葉蕨藻可能是隨着摩納哥水族館的廢水排入地中海的，目前在地中海海底已經散佈超過 13000 公頃。另外在澳大利亞、美國加州等地的海岸亦造成了很大的影響。
　　在我們的刻板印象中，細胞的形狀應該呈現比較規則的多面體或者球形，哪怕像變形蟲這類具有很不規則的外形的生物，從它們的大小、結構來看也符合一個細胞的特點。
　　而這種長得像蕨類的植物，我們無論如何也不敢相信它僅由一個細胞構成。不知道你還記不記得高中課本里提到過的傘藻，傘藻也是一種單細胞藻類，其長度可達2-5 釐米，由“帽”、柄和假根三部分組成，細胞核位於基部。類似的，杉葉蕨藻也是由假根、匍匐莖和藻體三部分組成，其中藻體酷似紅豆杉的葉片，故得名“杉葉蕨藻”。
　　如果你有機會將它放在顯微鏡下觀察的話，會發現它確實沒有多細胞生物那樣一個個的細胞結構。<strong>但是我們可以看到杉葉蕨藻體內有很多獨立的細胞核，就好像細胞分裂後胞質還沒來得及分開，類似一種合胞體的結構。</strong>
　　這種奇特的細胞結構是綠藻類植物的另一大特點。綠藻類植物中既有石蓴這樣很符合我們認知的多細胞生物，也有像剛毛藻那樣的由多個合胞體細胞組成的多細胞個體；既有典型的單細胞生物如傘藻，也有像杉葉蕨藻這樣的大型合胞體細胞形成的個體。　　
　　科學家們也疑惑，爲什麼單細胞的杉葉蕨藻會有如此奇特的外形。<strong>經過初步研究，他們猜測可能與不同部位的細胞核的表達差異有關。</strong>
　　<strong>位於匍匐莖與葉片基部上的細胞核是活躍的，能夠進行轉錄，產生轉錄本 mRNA 與小 RNA。</strong>mRNA 會向頂端移動，並被核糖體翻譯爲蛋白質。而小 RNA 從匍匐莖頂端轉移到葉尖上，導致沉默，使得葉尖的細胞核無法表達。<strong>這種基部到頂端的 mRNA 以及小 RNA 的分佈差異的共同作用，造成了蕨藻細胞表面纖維素合成的區域化，進而形成了複雜的葉片形態。</strong>
　　大型單細胞生物一定要如此複雜嗎？其實並不。在你研究杉葉蕨藻的時候，“水手的眼球”已經默默注視你好久了。
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　　不必感到毛骨悚然，這當然不是真的眼球，你或許更願意稱它爲剝了皮的龍眼。這種草綠色的圓球形生物叫做球法囊藻（<em>Ventricaria ventricosa</em>），是在熱帶和亞熱帶地區的海洋中發現的一種藻類。早期的水手們將這種特殊的泡沫藻類命名爲“水手的眼球”，因爲他們往水裏看的時候，會感覺水中有眼睛在盯着他們。
　　球法囊藻的直徑通常爲 1 到 4 釐米，在少數情況下可達 5 釐米，遠大於一個雞蛋蛋黃了。而這種藻類的顏色因葉綠體的數目，在水中呈現銀、青甚至黑等不同的顏色。球法囊藻的分佈範圍很廣，幾乎全世界的每一個海洋中都可以找到它們的身影，雖然這種單細胞生物更喜歡生活在溫暖海域的珊瑚間。值得一提的是，球法囊藻最大可至深度大約有 80 米。
　　<strong>類似於杉葉蕨藻，球法囊藻也具有多核結構。</strong>其中一個細胞核與少量葉綠體形成一個“胞質結構域”。這些胞質結構域通過由微管支撐的胞質“橋”相互連接，所以這些細胞核得以整齊有序地排列，葉綠體與線粒體也能夠分佈均勻。另外球法囊藻具有巨大的中央液泡，而其外周細胞質（它的細胞膜被細胞壁覆蓋）僅約 40nm 厚。
　　雖然沒有實際感受過這種生物的觸感，但是照片裏水汪汪的球法囊藻給人一種吹彈可破的感覺，事實上並非如此。<strong>這樣巨大的結構一方面使其更容易受到流水剪切力的傷害，另一方面也會受到哪些試圖以它們爲食的魚類等其他生物的傷害。</strong><strong>所以它具備一些特殊的應對損傷的機制。</strong>
　　當細胞膜破裂時，細胞質在附着於外膜上的肌動蛋白的作用下收縮。隨後發生膜融合，形成原生質體，接着細胞壁再生，由此完成修復。研究人員推測這種運動可能是由細胞外的鈣觸發的。
　　在整個過程中，液泡中的硫酸化多糖會形成粘液層來保護細胞，這就像一個塞子，阻礙了水和離子的運動，同時這層粘液使得細胞內的物質不會分散開。這樣的結構使得當它受到外力壓迫時，不會像氣球那樣爆裂，而破裂產生的帶有細胞核和其他基本細胞器的細胞質區域可以再生爲完整的生物體。
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　　除了單細胞植物，目前科學家們也發現了許多大型的單細胞動物。1882 年夏末，一艘名爲“海神”號(Triton)的船隻在蘇格蘭以北冰冷的海面上航行時，從海中打撈出一種巨型變形蟲類生物。<strong>它的身體充滿了中空的分支管網絡，表面長有一種稱爲介殼的硬殼結構，現在我們稱之爲脆性介殼蟲（<em>Syringammina fragilissima</em>）。</strong>
　　<strong>脆性介殼蟲也是一種單細胞生物，同樣的它也有不止一個的細胞核。</strong>脆性介殼蟲往往可以長到 10 釐米寬，甚至 20 釐米。它的細胞形成了分枝和連接管，可以分泌一種類似水泥有機物質，並使其與外界的沉澱物或沙子相結合，從而形成一個硬殼結構，稱爲介殼。它的細胞質具有高濃度的脂類，這表明它可能消化細菌時產生沉積物從而構成了“砂管”。
　　如此奇特的外形，我們會好奇它是如何繁殖與進食的。這也是目前對這種生物的認知盲點。脆性介殼蟲屬於有孔蟲類（Xenophyophores），這些有孔蟲會在有性生殖和無性生殖之間切換，於是可以推測脆性介殼蟲也可以通過這樣的方式進行繁殖。
　　根據它們的構造，或許可以推測它們能夠在水流過身體時，篩出微小的食物顆粒，或者它可能伸出“四肢”從海牀上撿起食物。丹麥哥本哈根大學動物學博物館的<strong>奧萊·滕達爾（Ole Tendal）</strong>通過試管實驗提出了另外的猜想：<strong>脆性介殼蟲可以在自己的身體上養殖細菌，並以此爲食。</strong>
　　單細胞生物的神奇不止於此。<strong>現在已經發現在火山口、鹽鹼地等極端環境下，有些細菌可以很好地生存。</strong><strong>這些微生物的發現，給科學研究以及工業生產帶來了很大的啓發，比如我們可以利用這些生物體內可以在極端環境中發揮作用但不變性的酶。</strong>
　　在 2011 年 7 月，美國聖地亞哥斯克里普斯海洋研究所的科學家們執行夏季考察航程時，海洋生物學家們發現了另外一種生活於極深大洋海底的單細胞有孔蟲，它們的直徑常常可以超過 10 釐米。
　　研究人員通過裝備了可抵禦超高水壓的數碼相機和光源的無纜繩自動深海着陸器，在馬裏亞納海溝內水深 10641 米處發現了這種奇特的生物的蹤跡。在此之前，這種生物生存最大深度的紀錄是在新赫布里底海溝中紀錄到的大約 7500 米。
　　<strong>除了漆黑、寒冷與超高壓，有研究顯示這種生物對重金屬環境有極高的適應性。</strong>它們可以從周圍環境中吸收並在體內富集高水平的鉛、鈾和汞元素。可以說，這種單細胞生物的發現爲人類研究深海環境中的生物多樣性以及極端環境適應開闢了新的道路。
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　　首個已知的單細胞生物大約出現在地球形成 10 億年之後。<strong>然而生命經過了近 20 億年的進化，多細胞生物才誕生，隨後帶來了地球生態面貌翻天覆地的變化。</strong>然而單細胞生物因其微小的體型，直到 17 世紀中後期才被荷蘭商人兼科學家列文虎克發現。
　　有關多細胞生物的起源，目前有諸多假說。研究人員很早便在一種單細胞原生生物領鞭蟲（choanoflagellates）中發現了許多在多細胞生物中發揮作用的基因，<strong>這突破了單細胞與多細胞生物之間在遺傳上的鴻溝</strong>。
　　2012 年，美國明尼蘇達大學研究人員在實驗室用啤酒酵母菌重現了單細胞生物向多細胞簇的演化。研究人員在實驗室條件下培養的細胞簇細胞簇包含了幾百個細胞，看起來就像球形的雪花。
　　這些細胞簇並不是酵母細胞的簡單聚集，其間的酵母細胞能協同合作、繁殖，並且以集體的形式適應和改變它們的環境。當細胞簇達到臨界大小時，一些細胞會進入凋亡過程而死亡。可以說這基本上模擬了生命初期的形式。
　　<strong>相比於單細胞生物，多細胞生物存在一定生存上的優勢，然而單細胞生物並不是生物進化的墊腳石，地球上現存單細胞生物的數量遠多於多細胞生物。</strong>隨着科學技術的發展，我們能夠發現更多的單細胞生物並加深對其的瞭解，同時也從這些無頭腦的生物身上受到了頗多的啓發，我們之前講過的會走迷宮、規劃交通路線的黏菌就是一個很好的例子。
　　雖然單細胞生物的多樣和神奇讓我們驚歎，但實際上身爲多細胞生命體的我們纔是更值得感嘆的意外。