一、美丽的绿眼睛

—— 绿眼虫(Euglena Viridis)

让我们作一次野外采集。

带上一台最普通的显微镜,几片载玻片和盖玻片,一个广口瓶,一支带橡皮头的滴管,装备就够了。到郊区有水沟、小水洼的地方。水不宜多,要流得慢,静水更好;水要清,不混浊,却是绿色的。例如积粪肥的坑,肥挖走了,下雨留下了积水,水质透明却又含丰富的有机质,而且变绿了。在这类地方很可能就有“美丽的绿眼睛”——绿眼虫(见图2-2)。用滴管吸一滴水,滴在载玻片上,加盖盖玻片,放在显微镜下就可以仔细观察。

绿眼虫在水中通常分布得很散,不宜观察。如果你想看得更清晰,可以用广口瓶采装一些水带回来。这是一瓶发绿色的水,先用一张铝箔(俗称锡纸)或黑纸,把瓶子包上贴牢,只留指甲大一块透亮的地方,让光线能穿进去。静置数小时后,打开包贴着的纸,你会惊喜地发现,见光处,水特别绿。原来绿眼虫喜光,在这段时间里都集中在光亮处了。这回就可以用载玻片采取来用,在显微镜下痛痛快快地先低倍,后高倍看个究竟了。

1.动物乎,植物乎

绿眼虫实际上是一个大细胞,称为单细胞动物(见图2-3)。作为细胞,它有细胞膜,具有弹性,带着斜纹。水、气体(如氧气、二氧化碳气)、小分子的营养物质、溶于水的废物(生命活动产生的)可以渗透过这层膜,这细胞膜就是它的体表,所以也称为表膜。绿眼虫有它的细胞质,除了充满基本的半透明物质外,最引人注目的是三种东西了:许多卵圆形的绿色颗粒,这叫作叶绿体,绿色是因为含有叶绿素;前端一侧有一个红色的斑点,称为眼点,眼点前还有一个光感受器,呈红色是因为内含有类胡罗卜素的缘故;眼点的后方有一透明状的圆形泡泡,实际是充满液体的伸缩泡,它收集体内多余的水和废物,于是就膨大起来,再排到前面的储蓄泡里,经最前端的胞口排出,简单说,是用于排泄的。身体偏后端的中央有大型的球状的细胞核。

为什么叫作“美丽的绿眼睛”呢?你也许会这样回答:

外形像眼睛(如果横放着的话);

细胞核像眼珠,可眼珠不是绿色。

我们知道,生物界中靠叶绿体进行光合作用,以水和二氧化碳作原料,利用叶绿素吸收阳光的光能,在叶绿体里制造糖类等有机物。但这通常是植物界中的绿色植物,花草树木和农作物就是这样生活的。绿眼虫也是这样,细胞里还贮存着一些光合作用的产品:类淀粉粒呢!

能感光的眼点,使它能向光游动,有利于光合作用。这明显是可运动的生物。

那么绿眼虫岂不就属于植物吗?

绿眼虫靠的是一根长长的鞭毛运动。在电子显微镜下观察可以看出鞭毛非常复杂。它有20根微管组成,含有类似肌肉成分的肌动蛋白和肌球蛋白,能收缩、舒张而使鞭毛摆动或旋转,激动水流,于是它就游起来了。

这不是动物吗?

有人又做了这样一个实验:

在装有活绿眼虫的玻璃杯中,滴入少许马铃薯汁,把杯放在黑暗处,不让见光,数日后可以看到绿眼虫已丧失了绿色,变成“白”眼虫了,可是仍活得很好,见光数日后,又会恢复绿色。可见,没有光时,它透过细胞膜吸收了马铃薯汁提供的营养,以现成有机物为食,这不明明白白不是动物吗?

关于见光后会恢复绿色,你吃过蒜黄吗?那是用大蒜头在黑暗中发芽长成的,如果给光照又会变绿,说明叶绿素形成需要光。

植物乎?动物乎?不仅使你困惑,也使生物学家发生争论。植物学家把绿眼虫那样有鞭毛的、有叶绿体的单细胞和多细胞群体(细胞都相像没有分化,或只简单分化为营养和生殖两种细胞。见图2-4盘藻、团藻)统称藻类植物的鞭毛藻。而动物学家则称它们为鞭毛虫。藻乎?虫乎?说明什么问题呢?

这说明了低等的单细胞动、植物的界限是很难划分的。说明了动、植物具有共同的起源。

事实上自然界中除了绿眼虫外,还有无色的漂眼虫(Astasialonga)具有同样的特征,当然,它们都是现代生活着的鞭毛虫类,并不是已经绝灭了的古代鞭毛虫。最原始的古代鞭毛虫,应是无色的,透过细胞膜吸收水域中现成的有机营养,如果沿着这个方向发展,就是动物啦。在发展的过程中,有些有了叶绿体,能进行光合作用,但还能直接吸收有机营养,这就是原始的绿眼虫一类的中间型;当有一些完全只能用光合作用制造有机物来生活,那就真的踏上了植物的发展道路了。

小小的绿眼虫,引出了一段远古生命进化的故事。

但还不止这些,这种动物虽只有一个细胞,但这个细胞能独立地完成运动、营养、呼吸、排泄、接受刺激发生反应,而且还能繁殖呢。绿眼虫的繁殖是细胞的纵向分裂(见图2-5),一个成了两个。遇到水池干涸等环境变化时,绿眼虫身体变圆,分泌一种胶质包裹自己,称为包囊。眼点、绿色都慢慢消失,可依然活着,可随风飘散。到环境合适时,在囊内分裂,破囊而出,又有了眼点和绿色,生命重新活跃,而且数量增加了。

绿眼虫在动物分类上属于原生动物门的鞭毛虫纲。鞭毛虫纲中,还有许多种类。原生动物门中还有别的纲:肉足虫纲、孢子虫纲、纤毛虫纲。原生动物门这一“家族”,现在生活着的有3万多种呢!

2.原生动物家族

在动物发展史上,原生动物最古老、最原始,而且构造最简单。“原生”,就是指原始生命的意思。在大约距今10多亿年前或更早的时候,它们就出现在地球上。在漫长而曲折的进化过程中,一些种类灭绝了,一些种类进一步发展。发展出来的种类也一分为二,一部分进化为多细胞动物了,另一部分演变成现存的原生动物——3万多物种组成的家族。分类上称为一个“门”,按不同的特征分成“纲”,共4个纲:鞭毛虫纲(绿眼虫就是代表)、肉足虫纲(常见的如变形虫)、纤毛虫纲(常见的如草履虫)、孢子虫纲(全是寄生生活的,如寄生在按蚊(一种蚊子)消化道内和人体肝细胞、红细胞内的间日疟原虫,引起人的疟疾——发疟子)。让我们先看看这4个纲的关系(见图2-6)。

这就是原生动物的进化树了。是动物界进化树(也叫系统树)上的一个最早的小分枝。起点是原鞭毛藻(已经消亡了的),第一个分叉,走向植物界(进行光合作用,自己制造有机物的类型),其余就向着动物界方向发展。先分出了鞭毛虫类,这在前面已经叙述过了,因此是原生动物中最原始的类群了。再分枝出纤毛虫类,图上画的就是一个草履虫。直着上去的是肉足虫类,图上画的是一个变形虫。在肉足虫类和鞭毛虫类之间,出来了孢子虫类,就是说有些孢子虫类可能是肉足虫类的祖先演化来的,有些则是鞭毛虫类演化来的。

这就是原生动物的家族史,家谱。

这个“家谱”是研究分析得出来的。

纤毛虫类是原生动物中结构复杂、完善的一类。如草履虫吧,草履,就是草鞋,它的样子非常像草鞋,浑身毛茸茸的“草”,就是用于运动和捕食的纤毛。纤毛的基本结构和鞭毛是相似的,不过是短而多。从前(圆的是前端)向后(稍尖的是后端),有规律地摆动,就像有许多许多桨的赛艇,游动迅捷,旋转自如。在显微镜下观察它的时候,我们不得不加上些棉絮纤维或滴上一滴鸡蛋清(比水粘稠)来阻碍它的运动,以免它溜出我们的视野。在运动中它们用身体一侧的口沟、胞口、胞咽,把细菌、小型藻类等吞吃进细胞质。消化后的残渣,则通过一个肛点(肛门点)排出去。前后两个伸缩泡,不停地轮换着排出进入细胞的多余的水和生命活动产生的废物(见图2-7、2-8)。通常它们还聚集到水面,因为那里氧气充足,透过细胞膜获得氧气,排出二氧化碳。它们还能主动的保护自己,在细胞膜下,整齐地排列着许多刺丝泡,遇机械刺激或化学刺激,放出刺丝(见图2-9)。如同古代战争中的乱箭飞射。它的复杂性,最典型地代表了原生动物的单细胞和多细胞动物的一个细胞的区别,这是一个能独立生活的细胞,是独立的生物体。

由于纤毛虫类的纤毛和鞭毛虫类的鞭毛结构相似,所以它们可能是由鞭毛虫类进化来的。

变形虫类的构造就简单多了。既没有鞭毛,也没有纤毛,也许应该说退化了。但它的细胞膜很薄而富有柔性,细胞质向哪里流动,哪里就鼓起来,别处就陷进去,这样就移动了位置——运动。而伸出来的那一块,可叫做足,假的足——伪足,能把食物包裹进细胞质,它就这样地吞食(见图2-10)。截止到现在,高等动物和人体里也还有这样类似的细胞,如人的白血球,就这样变形运动来吞食入侵的病菌。多么有趣!高等动物和人类,竟还与变形虫类——原生动物有着说不清的亲缘关系哩。

孢子虫类都是寄生的,结构已经高度退化,但生活史非常复杂。因为生殖过程中,在细胞膜内先分裂成许多小东西,称为孢子,用于繁殖,所以这样称呼它们。例如使人得间日疟的疟原虫,在按蚊的消化道内就形成了许多孢子,最后到了蚊子的唾液腺,蚊子吸血时,就注入了人体,先侵入肝脏细胞,又增殖,再侵入红细胞生活,每48小时增殖一次,红细胞破裂,它还产生毒素,使人先发冷,再发烧,而后又钻入新的红细胞,烧退了,但48小时后又重复开始。按蚊吸了病人的血,则又进入它的消化道里寄生。它严重损害人类的健康,破坏红细胞、血红蛋白,使人贫血,毒素还刺激肝、脾肿大,引发更多的疾病。

孢子虫类,可能起源于不同的祖先,如有些孢子虫的生活史中产生有鞭毛的生殖细胞,有些生活史中出现变形虫时期,因此有来自鞭毛虫类的,也有来自变形虫类的,就像我们在图2-6画的那样。

以上只是分析了原生动物门的“家谱”。而每一纲里面又有许许多多的不同的物种,加起来有3万多种呢!下面让我们认认那些与人类关系最密切的种类吧,当然有些对人类是有利的,有些是有害的。

3.不要瞧不起“小不点儿”

原生动物都是动物界的“小不点儿”,除海洋生活的放射虫类和有孔虫类外,其他种类的长度一般都在300微米(1微米=1/1000毫米)以下。这使我们很容易忽视它们的存在,忽视它们在自然界的作用,忽视它们和人类的关系。

它们分布极广,多生活在液体环境中,如淡水、海水、血液、体液、消化道,乃至细胞中,成了自然生态系统中的重要一群。

先说水体中间的原生动物。

在这类原生动物中,有的能清理水体中有机物的污染,如眼虫等鞭毛虫类,可以吸取水体中的有机物,减轻污染。甚至有实验表明,眼虫抗放射线的能力很强,可以净化水中的放射性物质(核污染)。但同样是它们,也可能繁殖过多,又污染了水域。大量种类的原生动物是鱼类的饵料。在近海海域,由于来自河流的有机物多, 原生动物的种类也多,也养育了其他的小浮游生物,它们一起成了鱼、虾的饵料,这对渔业非常重要。但是某些种类的原生动物,如夜光虫(身体颜色发红,夜间在海水波动的刺激下,它能发光)、腰鞭毛虫类(见图2-11),遇到环境条件合适而大量繁殖时,可使海水变红,发出腥臭味,称为赤潮。它们产生的神经毒素类物质,使水质恶化,使鱼类大批死亡。在我国的渤海、黄河口、浙江海域,都屡次发生过。1971年,美国佛罗里达海域,一次被毒死鱼类近3万吨。这就是一次大规模的赤潮所致。

肉足虫纲里有两类原生动物中的“大个儿”,是主要生活在海洋中的有孔虫类和放射虫类(见图2-12、2-13),它们都能分泌一些物质构成外壳,有孔虫类的外壳是石灰质(钙质)为主,放射虫类的外壳是硅质。它们生前是鱼类的饵料,死后就沉积到泥沙中。它们的历史悠久,远古时期极其繁盛。它们的壳沉积在海底,先被软泥所覆盖,经过地质变化,成了化石保存下来。距今13000万年前的白垩纪尤其多。不同地层中有不同种类的有孔虫壳的化石,成了采矿,特别是油矿勘探的指示物。如今在海底沉积的泥沙中,约有35%是有孔虫的壳,据统计每克泥沙中约有5万个有孔虫的壳。小朋友们可以想一想在我们暑期看海时,躺在海边沙滩上听着波涛奏出的歌,真是心旷神怡。而你身下的沙滩中竟有许多古老的有孔虫的壳呢!

原生动物中有许多种类在动物和人体中营寄生生活。寄生的一方称为寄生物,被寄生的一方为寄主,如同生态系统中的被捕食者和捕食者的关系一样,寄主为寄生物提供了生存条件,寄生物寄生于寄主。

寄生类型首推孢子虫纲,因为它们全是寄生的。前面说到了间日疟原虫(Plasmodium vivox)使人得间日疟;此外还有三日疟原虫(P.malaria),使人得三日疟;恶性疟原虫(P.falciparum),使人得恶性疟疾。恶性疟疾最厉害,流行于我国云、贵、川、海南一带。如果你读过《三国演义》,诸葛亮七擒孟获中的“五月渡泸”中军队受“瘴气”所阻,就是受恶性疟疾的传染,士兵战斗力受损。泸即泸水,今四川和云贵交界处,出“泸州老窖”(酒)的地方。同疟原虫一样,经昆虫(如蚊)再寄生动物或人的血液中的孢子虫,还有牛血虫,它经蜱(一种节肢动物蛛形类的体表寄生虫,吸血)而进入牛的血液,寄生在红细胞中,使牛得病,而且死亡率很高。美国的得克萨斯,是著名的“牛仔”之乡,牛得此病的也多,因此又称得克萨斯热病。此外还有一生只有一个寄主的,如兔、鸡、羊的球虫病,鱼的粘孢子虫病,都是在饲养业中要注意防治的。

肉足虫纲里也有寄生生活的。和人类健康至关重要的是痢疾内变形虫(Endamoeba histolytica),也叫溶组织阿米巴,“内”和“溶组织”,都是指的寄生在人的肠道内,而且能够溶解肠壁组织,引起痢疾,医学上也把它称为阿米巴痢疾。其症状不仅有拉肚子,而且有腹痛,便中因肠壁破坏而带血。病人的粪便污染水、食物,就会形成传染。它是要认真对待的肠道传染病。

鞭毛虫纲中的无色素的鞭毛虫,有不少种类是寄生的。如使人得黑热病的利什曼原虫(Leishmanin donovani),先寄生在昆虫白蛉子的消化道,白蛉子叮人后进入人体血液,在肝、脾等细胞内生活,破坏这些细胞,使肝、脾肿大、高烧、贫血,如不治疗,将引起死亡。此外流行于非洲的昏睡病,是称为锥虫的一种鞭毛虫引起的。还有些种类的鞭毛虫,如滴虫类,不注意清洁卫生,能引起人的阴道炎症。鱼类也有些病是鞭毛虫寄生引起的,或纤毛虫类引起的,养鱼也要注意鱼塘的消毒。

生态系统中生物与生物有一种称为共生的关系。共生,就是两种生物或两种中的一种由于不能独立生存而共同生活在一起,彼此互相有利,这是很有趣的互相适应。鞭毛虫类中有一类多鞭毛虫,例如披发虫类,顾名思义,“发”,就是有许多鞭毛。它们生活在白蚁的肠道中,摄取营养。但它却能分泌一种消化纤维素的酶,白蚁专门蛀食木材,木纤维就靠它来消化,变成可吸收的糖,对双方都有益。但对人类来说,那真是“狼狈为奸”了,因为白蚁危害建筑物。在我国南方,它是木质建筑的大敌,帮白蚁忙的披发虫,岂不更可恶!

到此,我们也许就清楚了,就原生动物这小小的“虫”,也是生态系统中的重要生物成员,它们可以影响无机环境(如对水域),又可影响别的生物的生活,间接或直接还影响人类的生活和健康。自然界就是这样一个互相影响,互相制约的大系统。你能脱离这个大系统吗?你能不关注和研究这些“小虫”吗?

当人类迈向21世纪的时候,生命科学研究的方向之一,是深入到细胞的微观世界中去。而原生动物,就是单细胞动物,很容易饲养研究的单细胞动物,成了研究细胞的好材料。已故著名生物学家张作人教授,就经常给原生动物的棘尾虫动“手术”,把两个“拼接”起来,做成一个,还能进行无性、有性繁殖;并进一步以此研究在性状遗传中,细胞核和细胞质的关系。这个棘尾虫,和人类生活没有直接的关系,但在科学家手中,成了一个极好的实验材料,使它变得有“贡献”了。