【地球演义】第二十七回 蠕虫革命

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出现在寒武纪前夕的扁形动物,是地球上最早的三胚层动物。

二胚层动物由于肌肉组织原始,只能采取固定身体,或者被动地随波漂流的生活方式。它们的嘴和消化腔平行于地球重力方向。于是,二胚层动物的口端-反口端称为天然的中轴线,沿着这条中轴线可以有无数个平面把动物体分成相同的两个部分。这种对称方式被称为辐射对称(Radical symmetry)。 对于三胚层动物来说,由于拥有发达的肌肉层,运动方式变成了主动爬行和游动。原始的扁形虫平放身体,让内部器官在重力作用下铺展,肌肉和内脏沿着身体的中轴线排列,和地球重力方向垂直。一种新的对称方式——两侧对称(Bilateral symmetry),产生了。沿着身体的中轴线,只有一个对称平面,把动物的身体分成左右两侧。后来,两侧对称由于种种优势,成为动物界的主流配置(除了少数棘皮动物奇葩)。

动物的对称方式。从左到右:无对称(多孔动物-海绵),辐射对称(刺胞动物-水母),两侧对称(节肢动物-昆虫)。图片来源自网络。

扁形动物继承了二胚层祖先的消化系统模式,那就是——口菊不分。它们的消化道遍布身体内部,分成很多支路。唯一的开口既负责摄取食物,也负责排泄废物。可想而知,这样的配置一定效率很低。基本上,扁形虫的很大一部分消化工作是在体外完成的。它们找到食物后,会把消化道翻出体外,包住食物,让消化酶发挥作用,然后把半消化的液体吸入体内继续消化。原始的扁形虫就是用这种缓慢而残忍的方式,消灭了大肉饼一样的埃迪卡拉动物。

涡虫(扁形动物)的消化系统。请忽略那两个卖萌的眼点。遍布身体的蓝色分支是消化道,唯一的开口在身体中部,即是食物的入口,也是废物的出口,真正的口菊不分。图片来源:https://www.studyblue.com/

现在,扁形虫之间也面临着激烈的生存竞争了。对消化系统的改进也是军备竞赛的重要部分。经过努力(随机变异和生存选择),第一批拥有完全消化道(口菊分开)的蠕虫出现了。它们的后代组成了动物界的一个小门类——纽形动物门。和之前的盲枝消化道相比,完全消化道就是一条分工明确,连续工作的营养生产线。消化道的不通区域演化成各种形态和功能:机械粉碎,酸解,酶解,细菌辅助降解,养分吸收,水分吸收……当残渣被排出体外时,营养已经被吸收殆尽。动物拥有了充足的能量和材料保障,巨大的体型和敏捷的行动变得可能。

蚯蚓的完全消化道。就算吃土,也要细嚼慢咽,彻底消化。图片来源自网络。

消化道演化的同时,中胚层也在不断完善。中胚层发育出的肌肉层原本只部署在表皮下,负责动物的运动。后来,一些肌肉开始包裹住消化道,通过有规律的蠕动,输送食物通过整个消化过程。在表皮肌肉层和内部肌肉层之间形成了一个新的空间——真体腔(Coelom)。在真体腔中,各种腺体排布在消化道的不同位置,生产消化液,提高食物的利用效率。在很久以后,各种呼吸,循环,内分泌和生殖器官会被安装到真体腔中,赋予动物强大的生存机能。

动物体腔的演化。从上到下:无体腔(扁形动物门),假体腔(线虫动物门),真体腔(环节动物门)。中胚层发育而成的结构越来越复杂,承担越来越多的功能。图片来源:Biology (8th Edition), Kenneth AMason,Susan R. Singer, Jonathan B. Losos, ISBN: 0073227390

最早的具有三胚层,两侧对称,完全消化道的动物,贵州小春虫复原图。图片来源自[1]。

再重复一遍:寒武纪生命大爆发,本质上是三胚层,两侧对称,完全消化道的真体腔动物的爆发。装备了以上结构的动物迅速摆脱了柔软黏滑的蠕虫形态,在未来,它们将会演化出蜗牛,昆虫和蜘蛛;以及鱼类,两栖爬行动物,鸟类和哺乳类,成为这颗星球的主人。



纽形动物可以看做是演化出肛门的扁形虫。上图是曾经在网上大火的枝吻纽虫,受到惊扰时,会把树枝状的吻翻出来黏住敌人,虽然有点恶心,但很有效的自卫手段。图片来源自网络。

地球名片

生物分类:动物界-纽形动物门

存在时间:寒武纪至现代

现存种类:约1000种

化石种类:不明

代表特征:两侧对称,无体腔,完整消化道,具有吻和吻腔。

代表物种:枝吻纽虫,青纵沟纽虫


参考文献:

[1] Bottjer, D. 2005. The early evolution of animals. Sci. Am. 293: 42–47.

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