本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
有時我只想向您展示一些美好的事物。所以今天我推出一個新專題:奇妙的事物。這個名字取自我部落格的標題,但也受到霍華德·卡特的啟發。當他闖入圖坦卡蒙的陵墓時,他在洞裡插了一根蠟燭,觀察裡面的東西。停頓片刻後,他的贊助人卡納馮勳爵問他是否看到了什麼。“是的,”卡特回答。“奇妙的事物。”
所以這是奇妙的事物#1:鼓藻。當我在前幾篇關於苔蘚的文章中寫到世代交替時,我偶然發現了這些。鼓藻擁有微小、雕刻般的身軀和一些明顯的非植物行為,是華麗的植物界怪人。對它們最好的描述可能是“鑿刻而成”——雖然不是那種來自蛋白奶昔和6分鐘腹肌的鑿刻。這更像是來自擁有義大利姓氏和利潤豐厚的教皇委託的人的那種。
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月鼓藻屬
這一個,帶有華麗的旋鈕狀裝飾,圖案錯綜複雜,看起來像是巴比倫5號太空飛船設計師夢寐以求的。根據林恩·馬古利斯和卡琳·施瓦茨的說法,鼓藻通常裝飾有刺、旋鈕、顆粒或其他突起。
微星鼓藻屬
這是一張微星鼓藻屬,類似於馬耳他十字或希臘十字
星鼓藻屬
根據加里·拉爾森的說法,這似乎是大自然說“請勿觸控”的另一種方式。
信不信由你,這些都是植物。鼓藻是綠藻,大多數植物學家認為綠藻是最早進化的植物。我們可以判斷它們與植物密切相關的一種方法是,它們共享相同的光合色素——葉綠素a和b——因此具有相同的熟悉的綠色光芒。像其他植物一樣,它們也構建由纖維素製成的細胞壁,並在雙層膜結合的葉綠體內部儲存澱粉和葉綠素。
鼓藻是雙重生命形式。大多數細胞有兩個明顯的葉片,由一個峽部連線,如您在上面看到的。它們的名稱由此而來;“desmos”在希臘語中是“結合”的意思。橋內部是細胞核,每個葉片中都有一個大的葉綠體,葉綠體可能具有葉片、板狀或其他向外輻射的“突起”。少數物種是群生的,以鏈狀而不是成對形式出現。鼓藻是淡水生物——如泥炭沼澤或貧礦池塘。
這些植物的另一個顯著特徵是它們表面覆蓋著粘液。它們透過細胞壁上的孔分泌粘液鞘。這些粘稠的塗層寄宿著不尋常的,可能具有共生關係的細菌。在這張黃胞鼓藻屬Xanthidium的圖片中,您可以看到一些細菌(我認為)粘附在透明的粘液層上。
這些植物不僅表面覆蓋著粘液,而且實際上可以自行移動。這段新月形鼓藻Cosmarium的影片(鼓藻既有十字形又有新月形,這難道不有趣嗎?)展示了這一特徵。觀看至兩分鐘標記即可。之後速度會變得非常慢。
“植物怎麼能做到這一點!?” 確實,先生。特別是考慮到它沒有鞭毛。根據馬古利斯和施瓦茨的說法,分泌物中一種常見的細胞蛋白,稱為肌動蛋白(您的身體中富含這種物質)可能是罪魁禍首,儘管我不清楚具體是如何實現的。
我一直無法發現兩端硫酸鋇晶體的功能,並且旁白令人沮喪地在他即將就此主題給出一些想法之前戛然而止。然而,硫酸鋇晶體很重。我在今年早些時候的一篇文章中提到,另一種綠藻——輪藻屬Chara——使用重硫酸鋇作為重力感應系統,因此這是有可能的。
雖然它們在上一段影片中正在移動,但晶體並非被主動推進;相反,它們正在展示“布朗運動”(還記得高中化學中的這個嗎?),即液體中小顆粒因水分子隨機轟擊而產生的運動。
鼓藻可以進行有性和無性繁殖,這兩種過程都非常有趣。如果您必須猜測,您認為鼓藻將如何進行無性分裂?現在花幾秒鐘在腦海中想象一下。現在將您想象的分裂與現實進行比較。您會猜到這就是它們的方式嗎?(注意:影片是延時拍攝)
像所有其他植物一樣,鼓藻也可以進行有性生殖。與其餘植物不同,鼓藻不產生精子。事實上,它們甚至懶得產生有性別的配子。相反,它們的細胞變得像變形蟲一樣。鼓藻分開,每一半從其殼中爬出來與配偶融合。有時,只有“雄性”變形蟲爬入“雌性”的殼中,在那裡形成合子。以下是在一種密切相關的藻類(儘管不是鼓藻)——水綿屬Spirogyra中該過程的樣子。
您是否注意到融合的細胞並沒有簡單地保持成一堆巨大的細胞質?相反,它們凝結成一個球狀物體。這就是合子,它形成一個孢子狀的休眠結構,本身就非常漂亮。在這張令人驚歎的照片中,由Wim von Egmond拍攝,您可以看到鼓藻在融合形成美麗的合子之前是如何拋棄它們的殼的。您還可以看到合子(有時稱為合孢子)被放置在這張恩斯特·海克爾繪製的鼓藻多樣性影像的中心。排空的殼圍繞著它。另請注意許多其他奇妙的鼓藻形態。
帶刺的合子是否讓您想起了什麼?那些研究過真菌的人可能會發現它與真菌的有性生殖結構——稱為白粉病——驚人地相似,白粉病是我草本植物園藝工作的禍害。將鼓藻合子與這些真菌製造有性孢子的有色、裝飾性外殼進行比較——特別是Microsphaera和Podosphaera。在鼓藻中,合孢子也是有性細胞分裂發生的地方,藻類子細胞將在時機成熟時出現。
我想給您留下這段清晰的影片,該影片很好地概述了微星鼓藻屬Micrasterias。注意觀察在 :21 時擠出在左側的粘液滲出物。不過,最好的部分是前幾秒,它展示了大量這些小微生物在逼真的棲息地中。當您看到最初的幾張影像時,想想它們每一個都是微小而極其複雜的植物,寬度只有幾十微米。




