2023年，在城倉圭美國海洋生物實驗室里，科學家注意到水箱里有一個與眾不同的櫛水母個體。

與眾不同的櫛水母個體。圖片來源：Mariana Rodriguez-Santiago

它的體型比其他櫛水母都大，而且它竟然有兩個嘴！城倉圭推測，它是不是由兩個受損的櫛水母在不經意間合體而成的？

淡海櫛水母（Mnemiopsis leidyi），也稱“海核桃”，是一種廣泛分布于大西洋和黑海的浮游生物，以其透明的身體和發光的櫛板而著稱，它們的身體呈橢圓形，約手掌大小，通體透明，帶有微微的彩虹色光澤。

淡海櫛水母。圖片來源：ocean

櫛水母身體兩側有八排縱向排列的櫛板，由許多纖毛組成，當這些纖毛擺動時，會折射出美麗的彩虹光。它們的頂端有兩個感官器官，稱為頂器，用于感知水流和重力，頂器通過櫛板的擺動進行游動，看起來就像在水中發出光芒。

為了驗證合體的觀點，研究人員在不同的時間從不同的地點采集了十只淡海櫛水母，并將這些個體分為多組進行實驗，每組由兩個個體組成。科學家們切下它們的部分葉狀結構，并將這些切割的葉片對接在一起，然后用解剖盤固定過夜。

第二天，當科學家們檢查這些個體時，他們驚喜地發現，其中有九組成功融合，它們的切口邊界已經逐漸消失，上皮和中膠層完美地連接在了一起，仿佛從未被分開過，整個合體過程大約持續了 12 到 18 小時。

驚訝！神經系統竟融合在了一起！

合體后，科學家們對這些櫛水母進行了進一步觀察。為了驗證它們是否真的合二為一，研究團隊對其中一個葉片進行了機械刺激，整個融合體都表現出了驚嚇反應，輕微地顫抖了一下，這意味著兩個櫛水母的神經系統也實現了整合。

受到刺激的合體水母。圖片來源：Kei Jokura

這種驚嚇反應是一種典型的神經反射，由櫛水母的神經網絡控制。當一個葉片受到刺激時，信號通過神經網絡傳遞到整個融合體，導致全身的肌肉收縮和反應。這表明，融合后的神經系統已經能夠有效地協同工作，這使得兩個原本獨立的個體能夠作為一個整體進行反應，它們不再是兩個獨立的個體，而是一個共享信息的整體。

為了更好地了解融合過程，研究團隊進行了延時成像。在最初的一小時內，兩個櫛水母的葉片運動是完全不同步的，但令人驚訝的是，在一個小時后，它們的運動逐漸同步了；兩小時后，95% 的葉片運動已經完全同步，仿佛它們之間心有靈犀。

圖中顯示了六次獨立移植實驗中葉片同步率的變化情況。灰色線表示單次實驗的結果，藍色線表示平均值。可以看到，在移植開始后的最初20-40分鐘，同步率較低，但隨著時間的推移，同步率顯著提高，在 100-120分鐘時達到95%，這說明融合后的櫛水母逐漸實現了生理和行為的同步。圖片來源：參考文獻[1]

這種現象讓人聯想到一些科幻作品中的神經同步劇情，如角色們通過神經網絡實現共享意識和協同作戰的設定。

奇妙！消化系統也融合在了一起！

不僅是神經系統，研究人員還想看看它們的消化系統是否也發生了融合。

研究團隊給合體后的櫛水母喂食了帶有熒光標記的鹵蟲，并通過顯微鏡觀察食物顆粒的移動。有了熒光標記，科學家可以在顯微鏡下清晰地看到食物顆粒的運動路徑，驗證兩個消化系統是否真正實現了功能上的整合。

圖中展示了標記為熒光的鹵蟲顆粒在櫛水母消化系統中的移動情況。圖片來源：參考文獻[1]

鹵蟲（Artemia）是一種小型甲殼類動物，體型通常只有幾毫米長，大約是一粒米大小，與人類食用的蝦類有一定的親緣關系，它們屬于同一大類的甲殼綱，但體型較小，通常不會被人類直接作為食物。櫛水母則以浮游生物為食，鹵蟲正是它們的典型食物來源之一。

科學家們驚訝地發現，食物顆粒能夠在兩個消化系統之間傳遞，從一個個體的消化道進入另一個個體的消化道，說明它們的消化系統在功能上也是整合的。

研究人員通過觀察熒光標記的鹵蟲如何在這些管道間流動，證明了兩個櫛水母個體在合體后，消化系統也實現了功能上的整合。圖片來源：參考文獻[1]

然而，研究人員也發現，兩個肛門的排泄時間并不同步，這表明某些功能仍然是獨立的，也許這是融合初期的跡象，或者是它們保留了一部分各自的獨立性，以應對不確定的環境變化。

淡海櫛水母可能無法進行“異體識別”

城倉圭的研究團隊意識到，淡海櫛水母可能缺乏一種叫做“異體識別”的機制。對于大多數動物來說，異體識別是一種保護機制，它們可以用來識別和排斥“非自我”組織，以防止被外來個體侵占。

在人體器官移植的過程中，正是因為存在這種強烈的異體識別機制，人體的免疫系統會將移植的器官視為“外來入侵者”，從而產生免疫排斥反應。這也是為什么人類在進行器官移植時需要非常匹配的供體，以及在手術后需要長期服用免疫抑制藥物，以防止排斥反應的發生。

但是櫛水母似乎沒有這種能力，這也許是因為它們在自然環境中不太可能與其他個體長期保持緊密接觸。自由生活的櫛水母更關注如何在廣闊的海洋中獨自生存，因此它們進化出了更為簡單的“合作”機制，而非“拒絕”機制。

不止櫛水母，其他生物也能“合體”

其實，不止櫛水母，在自然界中，有許多其他生物也展示了類似的合體現象。

管水母就是其中之一。世界上最大的巨型管水母（Praya dubia），其長度可達到約 46 米，比藍鯨還要長。

管水母。圖片來源：Smithsonian Magazine

它實際上并不是單一的個體，而是由無數個叫做“水螅體”的小型生物組成的群體，這些水螅體各司其職，共同組成了完整的生物體。每個水螅體都有特定的功能，例如捕食、消化、繁殖或運動，這些不同的水螅體互相合作，維持著整個群體的生存。

另一個就是我們所熟悉的海綿。海綿是一類非常古老的生物，它們也具有融合的能力。在 2016 年的研究中，科學家發現，當兩個基因相近的鈣質海綿（Clathrina aurea）個體接觸時，它們的細胞可以相互融合，最終形成一個更大的個體。

鈣質海綿。圖片來源：oeco

研究發現，海綿具有一種原始的免疫系統，可以用來識別“自己”和“非自己”（判斷基因是否相同），從而決定是否進行融合。這種異體識別機制與人類的免疫排斥反應相似，通過這種方式，海綿能夠擴大自己的生存空間，同時維持遺傳上的同質性。這種融合策略有助于它們更好地適應環境。

回到我們的櫛水母，它們是現存后生動物中最早分支的一類，它們的神經網絡與其他動物截然不同，但卻能實現復雜的行為整合，這為我們提供了關于神經系統如何演化的寶貴線索。

在自然界中，“合體”不僅是生物間的巧妙協作，更是生命進化的奇跡之一，它向我們展示了生命如何通過合作而非競爭，突破個體的局限，獲得更大的生存優勢。這些奇妙的地球生命，讓我們再一次領略到自然奇跡的魅力……

參考文獻

[1]Jokura, Kei, et al. "Rapid physiological integration of fused ctenophores." Current Biology 34.19 (2024): R889-R890.

[2]Padua, André, et al. "Fragmentation, fusion, and genetic homogeneity in a calcareous sponge (Porifera, Calcarea)." Journal of Experimental Zoology Part A: Ecological Genetics and Physiology 325.5 (2016): 294-303.

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出品丨科普中國

作者丨蘇澄宇

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