本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
在菲律賓海灣的厚厚黑色淤泥下，生活著一種體型如棒球棒大小的生物，它被包裹在堅硬的白色外殼中。數百年來，它不知何故逃脫了正式的描述和解剖。它的名字叫巨型船蛆，來自美國和菲律賓的科學家們終於將其活體解剖了。
這不是一個令人開胃的景象。
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儘管巨型船蛆的空殼早已很常見，但這些殼的確切來源對科學家來說仍然是一個巨大的謎（儘管它們的名字如此，但它們不是來自船隻）。當一位專案科學家在菲律賓電視臺看到一部紀錄片，顯示這些殼像“胡蘿蔔”一樣種植在當地淺海灣的床底時，關鍵的見解出現了。有了這個線索，科學家們終於能夠捕獲到他們的獵物。
科學家們在本周在PNAS Early Edition上發表了他們對這種蠕蟲的研究結果，他們揭示了這種如此罕見的動物的許多情況，它的生物學、棲息地、解剖結構甚至飲食在很大程度上都是一個謎。他們說，這些問題的答案為該研究的一位作者近 20 年前提出的一個更大想法提供了支援：木製臺階假說。
憑藉像巨型船蛆 (Kuphus polythalamia) 這樣的名字，你可能會認為這種生物生活在船上。雖然正如我們所見，巨型船蛆避開了船隻，而選擇淹沒在腐爛的木頭和泥土中，但其餘的船蛆確實生活在船上。但所有的船蛆，包括巨型船蛆，實際上都不是蠕蟲。它們是已經進化成看起來像蠕蟲的雙殼軟體動物。
雙殼綱是海鮮自助餐上鉸鏈殼的那些——牡蠣、蛤蜊、扇貝、鳥蛤和貽貝。在某個時候，一種標準的雙殼綱動物決定從其濾食親屬那裡選擇不同的創新方向，並將目光投向了一種新的食物來源：沉沒的木頭。
只要有樹，就會有掉入海洋的樹。它們在那裡，令人垂涎地接近，但由於其所含的聚合物（如纖維素和木質素）而令人沮喪地無法食用。這些使木頭變硬的化學物質也讓飢餓的陸地生物傷透了腦筋。眾所周知，除了某些真菌和細菌外，它們對所有生物都不可消化。想要吃木頭的動物必須寄宿能夠消化堅韌纖維的微生物，就像白蟻和海狸一樣。
船蛆最終以相同的方式解決了這個問題：它們允許可以消化木頭的共生細菌在它們的鰓中特殊的細胞中安頓下來。然後，在鑽入木頭以消耗它的過程中，一個包含貝殼的雙殼殼進化成一個包含蠕蟲的管狀殼。
船蛆對漂流木的破壞。圖片來源：Michael C. Rygel Wikimedia (CC BY-SA 3.0)
每個人都對這個系統感到滿意，直到一些無毛猿人產生了一個荒謬的想法，用木頭建造他們的遠洋船隻，船蛆立刻大吃起來，讓猿人感到恐懼。直到皇家海軍在 18 世紀開始用銅包覆他們的船體，這個問題才得以解決，這還具有阻止討厭的海藻的額外好處。
無論如何，這篇博文不是關於那些船蛆的，而是關於它們不聽話的親戚巨型船蛆，它們再次因創意差異而與其餘的船蛆分裂。它們的新方向受到了附近一些細菌的啟發。
當船蛆忙於消化所有可愛的木頭時，它們周圍的自由生活細菌也很忙。其中一些細菌在缺氧環境中消化木頭的過程中，呼吸著海水中的一種成分硫酸鹽。它們撥出的氣體是硫化氫，一種人類聯想到臭雞蛋的臭氣化學物質。事實證明，另一組細菌（硫自養菌）可以像陽光一樣利用硫化氫。它們可以利用硫化氫中包含的能量將二氧化碳轉化為糖。換句話說，它們可以像植物一樣自己製造食物。
在某個時候，這些硫自養細菌侵入了附近船蛆的鰓。科學家們可以確定這是真的，因為他們將巨型船蛆的鰓放在顯微鏡下觀察。在鰓內部，他們發現了含有硫球和稱為羧酶體的細胞器的細菌，其中二氧化碳可以轉化為糖。這兩種結構在硫自養細菌中都很常見。
當他們對從鰓中分離出的細菌 DNA 進行測序時，它與生活在海洋微生物和熱液噴口蝸牛和蛞蝓內的其他硫自養細菌非常相似。該序列包含從硫化氫製造糖所需的所有基因。
最後，他們能夠在旨在培養硫自養細菌的純培養物中分離出這些細菌。該組中的細菌與其它船蛆寄宿的消化木材的細菌沒有密切關係。然而，這些以前占主導地位的細菌也存在於巨型船蛆的鰓中，儘管證據表明它們很少見——而且非常失望。
由於巨型船蛆將其收入來源從吃木頭轉變為寄宿自驅動細菌，它們的盲腸（儲存木頭碎屑的地方）、船蛆消化食物的器官以及它們用來鑽入木頭的肌肉都萎縮了。在這些科學家消化的樣本的腸道中只發現了微量的糞便，這表明除了不需要進食（因為它們內部的細菌正在完成所有的烹飪）之外，這些蠕蟲因此幾乎不需要排便。
巨型船蛆（Kuphus polythalamia，左）和食木船蛆（Lyrodus pedicellatus，右）。b=細菌，c=盲腸，g=鰓，HS-=硫化氫，m=口，p=擋板，s=虹吸管，t=鈣質管，v=瓣膜（殼），vm=內臟團。左側刻度條為 5 釐米，右側刻度條為 0.5 釐米。圖片來源：Distel 等人，2017
巨型船蛆確實有嘴，但它們已經越過了那座橋。它們用外殼封閉了它們的嘴，只是定期吸收它來延長它們的管子。為了取代所有這些萎縮的器官，寄宿細菌的鰓已經進化到幾乎佔據了整個蠕蟲。作者得出結論，基於這一證據，吃木頭、沉積物或過濾水來獲取食物不太可能使這些蠕蟲成為巨型生物。相反，它們在新細菌品牌合作伙伴的收入中變得肥胖和快樂，這些蠕蟲會長成通常達到三英尺，並且可能達到五英尺的巨型生物。
有趣的是，雖然在雙殼綱動物中變成蠕蟲是不常見的，但寄宿硫自養共生細菌並非如此。其他五個雙殼綱科也這樣做，因此也許這些蠕蟲有一些預適應，使得這種特殊的職業變化更容易。
科學家們還認為，船蛆的生物學支援了主要作者丹尼爾·迪斯特爾的一個老想法：“木製臺階”假說。這個想法認為，生活在深海熱液噴口周圍的大型硫自養貽貝是從生活在沉沒木頭上的較小貽貝進化而來的。這些祖先貽貝利用分解木頭的細菌產生的硫化氫，但噴口液體是一種簡單的替代品。今天，許多雙殼綱動物和幾種管蠕蟲在熱液噴口、冷泉（硫化氫、甲烷和其他碳氫化合物從海底滲出的地方）和沉沒的木頭中都生活得同樣好。因此，木頭是一個墊腳石，可以將硫自養動物引入熱液噴口，然後幫助它們像深海波利尼西亞人一樣，透過島嶼間跳躍的沉沒木頭在噴口之間傳播。
現在看來，巨型船蛆在到達菲律賓散發著惡臭的沉積物中的最終目的地之前，也在木頭中停留過。雙殼綱動物和管蠕蟲是否也開始吃木頭，只是後來才偶然發現了硫化氫的美食？如果是這樣，那麼木頭這種僅在陽光閃耀的領域中產生的物質，不僅是深海最黑暗棲息地之間的墊腳石，而且也是整個生活方式之間的墊腳石。
參考文獻
Daniel L. Distel、Marvin A. Al;tamia、Zhenjian Lin、J. Reuben Shipway、Andrew Han、Imeleda Forteza、Rowena Antemano、Ma. Gwen J. Penaflor Limbaco、Alison G. Tebo、Rande Dechavez、Julie Albano、Gary Rosenberg、Gisela Concepcion、Eric Schmidt 和 Margo G. Haygood。“巨型船蛆 Kuphus polythalamia (雙殼綱: 蛀船蛤科) 中化能自養共生現象的發現延伸了木製臺階理論。”PNAS Early Edition。2017 年 4 月 17 日線上發表於印刷版之前，doi：10.1073/pnas.1620470114