現(xiàn)在的年輕人真是越來越“抽象”了!從“寵物石頭”到“紙盒狗”,再到風靡一時的“芒狗”,每一次流行都讓人直呼“想不到”!而最近,又一股“黏菌熱”悄然興起,成為年輕人的新寵。
黏菌到底是什么?這種看起來像“一團細菌”的生物,真的能被當作寵物養(yǎng)在家里嗎?它們會不會帶來安全風險?
雖然名字里帶“菌”,但實際上,黏菌既不是細菌,也不是真菌。這是因為細菌沒有細胞核,屬于原核生物,而黏菌則更為高級,有細胞核,屬于真核生物。雖然是真核生物,但在變形體階段,黏菌是一個無細胞壁的、多核、類似液態(tài)的巨大質體,這與有細胞壁的真菌有明顯區(qū)別。此外,兩者在營養(yǎng)獲取方式、生命周期和基因組上也存在顯著差異。
那么,黏菌到底是什么呢?
它是一種游走于植物、動物和真菌之間的獨特生命形式。令人驚訝的是,作為最簡單的真核生物之一,黏菌竟能表現(xiàn)出“智能”行為。
現(xiàn)代生物學將黏菌劃分到原生生物界。這個界包含了我們在生物課本里熟悉的草履蟲、變形蟲以及綠藻等生物。原生生物最大的特點是“結構簡單”——它們大多是單細胞真核生物,也有少數(shù)簡單的多細胞生物。為了適應多變的環(huán)境,一些原生生物進化出了轉換形態(tài)的本領,而黏菌就是其中最著名的“跨界者”。
在整個生命周期中,黏菌一般會經(jīng)歷五個階段,每個階段轉換時,它的“身份”都會發(fā)生變化。
孢子是黏菌生命周期的起始階段,作為黏菌的休眠體,它們通常在環(huán)境不適宜時形成。這些孢子類似植物的種子,具有耐干旱、耐寒冷的特性,能在惡劣環(huán)境中存活,并通過風、水或動物傳播到新的地方。當環(huán)境適宜時,孢子就會萌發(fā)并開始生長。這種孢子的傳播和生長方式賦予了黏菌獨特的植物性(通過孢子傳播)和真菌性(通過孢子形成和休眠)。
度過孢子階段后,某些黏菌會進入游動細胞階段,比如細胞黏菌 (盤基網(wǎng)柄菌,Dictyostelium)。它們的孢子萌發(fā)后會產(chǎn)生游動細胞(游動體),這些細胞具有鞭毛,能夠在水中自由游動,類似于動物的精子或單細胞生物。這些游動細胞能通過運動尋找、攝取細菌等有機物,類似于動物的吞噬作用(Phagocytosis)。
大多數(shù)黏菌會經(jīng)歷變形體階段(Plasmodium stage)。在這個階段,黏菌會化成多核的流動質體。這時候的黏菌通常沒有細胞壁,它們像液體一樣流動,尋找和吞噬細菌、酵母等微生物。變形體能夠通過偽足(Pseudopodia)進行運動,表現(xiàn)出明顯的動物性特征。
黏菌的“智能”行為主要在這個階段展現(xiàn)。以黃色多頭絨泡菌(Physarum polycephalum)為例,這種被叫做“海綿寶寶”的黏菌,具有記憶、決策和預測能力。它不僅能解決迷宮問題,還能模擬人造運輸網(wǎng)絡設計,甚至能夠挑選最優(yōu)質的食物。
在科學實驗中,研究人員用迷宮測試黏菌的智能表現(xiàn)。黏菌展現(xiàn)出令人驚嘆的能力,能夠找到最短路徑并快速到達食物源。這種自主選擇路徑的能力,證明了黏菌具有環(huán)境感知和空間記憶的本領。
當環(huán)境惡化時,黏菌還表現(xiàn)出群體協(xié)作能力。拿細胞黏菌來說,在食物短缺時,它們會通過化學信號聚集在一起,形成假菌體。這些單細胞生物能夠通過化學信號相互配合,共同構建臨時的多細胞結構。
科學家通過實驗還發(fā)現(xiàn),黏菌具備記憶與學習能力,以及環(huán)境調節(jié)與適應等“智能”特征。
是不是覺得一點兒也不讓人驚訝?打個不是很嚴謹?shù)谋确侥憔蜁X得驚訝,甚至還有一點燃。火影忍者大家都看過吧。里面有一個很勵志的角色李洛克,由于不能控制查克拉,無法修煉忍術,只能在體術上死磕。最后小李通過體術達到了忍術的效果。
黏菌就相當于小李。要表現(xiàn)出“智能”,必須有神經(jīng)細胞。沒有神經(jīng)細胞的黏菌通過“修煉”,用其他方式也表現(xiàn)出“智能”。
黏菌通過細胞質流動來實現(xiàn)感知能力。它的細胞質流動形成網(wǎng)絡結構,能感知環(huán)境中的化學梯度(如營養(yǎng)物質、濕度、溫度等),并據(jù)此調整移動方向。憑借這種動態(tài)調整能力,黏菌不僅能在迷宮中找到最短路徑,還能模擬出東京地鐵網(wǎng)絡的最優(yōu)布局。
黏菌的運輸管網(wǎng)絡功能類似于神經(jīng)元。實驗表明,運輸管的厚度會隨著細胞質流速變化而改變,形成局部信息梯度,這可能是它實現(xiàn)記憶功能的方式。這種去中心化的網(wǎng)絡結構讓黏菌能同時處理多個環(huán)境信息源,而無需依賴中樞神經(jīng)系統(tǒng)。
這種“智能”,有點像《三體》中秦始皇用三千萬大軍手搓的人列計算機。
不吹不黑,黏菌的確是完美的寵物選擇。養(yǎng)黏菌不需要復雜的設備,只需要一個透明容器、一張濕潤的濾紙和燕麥片就夠了。日常維護也很簡單,只要控制好溫濕度并及時更換墊紙即可。滿足這些基本條件后,你就能感受到黏菌帶來的樂趣。黏菌對食物的反應非常迅速,1到2天內就會以肉眼可見的速度生長,形成富有藝術感的網(wǎng)絡結構。
盡管大部分黏菌種類無毒無害,但飼養(yǎng)過程仍需注意一些潛在風險:繁殖期的黏菌會釋放大量孢子,可能導致對粉塵敏感者出現(xiàn)咳嗽、鼻炎等癥狀,特別是兒童、老年人及過敏體質人群要格外注意。黏菌生長所需的潮濕環(huán)境容易滋生霉菌(如曲霉菌),這些霉菌的孢子可能引起呼吸道感染或過敏反應。如果通風不良,霉菌孢子濃度升高甚至可能引發(fā)肺炎等嚴重問題。
黏菌不僅僅是“年輕人的新寵”,它在科學研究中也扮演著重要的角色??茖W家們受黏菌的智能行為啟發(fā),開發(fā)了仿生計算、智能算法、軟體機器人、生物傳感器等技術。比如,黏菌尋找最短路徑的能力被應用于交通優(yōu)化和物流網(wǎng)絡設計,而它的網(wǎng)絡結構則為人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡研究提供了新的思路。此外,黏菌的環(huán)境適應性也被用于污染檢測,幫助監(jiān)測重金屬、農(nóng)藥等有害物質。
更深層次來看,黏菌的研究讓我們重新思考“智能”的本質。傳統(tǒng)認知認為智能需要大腦和神經(jīng)系統(tǒng),但黏菌卻能在沒有神經(jīng)元的情況下表現(xiàn)出學習和決策能力。這種"去中心化智能"是否意味著智慧可以通過不同的生物學機制演化出來?如果一個單細胞生物都能展現(xiàn)如此驚人的計算能力,那么生命的本質和可能性是否比我們想象的更加廣闊?
本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品
作者:邢煥秋 科普作者
審核:梁前進 北京師范大學生命科學學院 教授
出品:中國科協(xié)科普部
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