从水到陆的涅槃:成长的代价

作者:一点五度

近些日子,微信圈流行一些图片,关于动物不为人知的事情,比如螳螂的耳朵在腿上,比如驴子能吃到自己的耳朵……动物的世界是如此的奇妙,而不禁让我深思的是下面的这幅图片。

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上图清晰的看到了蛙的宝宝大大的超过了蛙妈妈的大小,而在我们的意识中,我们身边所熟知生长发育的例子中,从胚胎发育到个体的长大成熟都应该是变大变重的过程,为什么两栖动物却看起来与此相反呢?

要解释这样的问题,我们需要重新审视一下从蛙宝宝(蝌蚪)发育到蛙幼体的过程。事实上,两栖动物的胚后发育就是我们常常所说的变态发育。正是这样一个过程开启了它们从水到陆的大门。变态发育使得生物改变已有的生活模式,探索新的生态位并得以生存。对于两栖动物,为了得到更广阔的生存空间,它们必须放弃适应水生生活的旧系统,而寻求新的道路在新的环境(陆地)中生机盎然。然而探索的道路是崎岖的,必须付出沉重的代价才能换得涅槃重生。

关于变态发育,宏观上来说,蛙宝宝的组织结构都在发生翻天覆地的变化,比如幼体特性的肌肉、尾巴和鳃等都会程序化死亡,当然这些死亡的发生必须在新的四肢、肺等器官完善以后。更加确切地说,我们应该在细胞层面来看待这个问题,蛙宝宝的细胞在变态发育过程中会发生多个细胞生物学过程,包括细胞分化、细胞迁移、细胞程序化死亡等等来完成系列重组。而关于细胞上这些过程是怎么产生的呢,这就不得不考虑到分子调控的问题。我们知道单独存在的细胞是没有功能的,只有与其它细胞或基质相连才能起到作用,同样在变态发育的过程中也是一样,细胞外基质(ECM)就如同一座城市,而分子调控的信号通路(signal pathways)就像是公路一样,在不同的城市不同的道路上走出了不同的细胞命运,有的死亡,有的分化,有的迁移。

似乎谈到这里,并没有揭开小宝宝的体型大于妈妈之谜,但是我们终究知道在新旧交替的过程中,旧的还不适应,新的还未完成,这是一个长期艰苦的过程。在变态过程中蛙宝宝消化系统还未完善,食性正在转化的过程中,它们是不进食的!但是为了提供足够的能量去发育成长,它们通过吸收自己身体的能量,来维持发育和生理机能的正常进行,于是,长大之后,蛙的身体大小会明显小于蝌蚪时期。

当然了,这些只是泛泛而谈。整个两栖动物的变态发育过程,还有更多的奥秘等着我们来探索。

 

中国科普博览-从水到陆专栏 首发

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图片来自乔登美语温岭校微信公共平台

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