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生活在海洋中的海鞘,在生物进化的历史中有着特殊的地位。海鞘的形态、生活方式、分布范围、生活史以及进化地位均有其独特之处,同时,它还具有重大的经济价值。
形似植物的海鞘
海鞘常常附着在岩石上,很容易被误认为是植物,这是因为它的体表被一层无生命的含有纤维素的套膜所包裹,身体藏在被囊里面。这个套膜既可作为海鞘的保护装置,又可使身体硬化,维持身体形状,这是在动物界中唯一在肌体外被类似植物纤维素包裹的动物,因此,海鞘又被称为被囊动物。
当人们在海滨采集附着生物时,不小心触动海鞘,立刻可见从它的出水孔射出一股水流,这便是动物的标志。海鞘属尾索动物亚门、海鞘纲,现记录全世界约有海鞘2000多种,广泛分布于所有海域,包括海冰覆盖的南极。南极冬季是超过-40℃严寒的冰雪世界,冰下海水温度却有-1.8℃,所以,在多岩石的海底仍有海鞘的踪影。
我国海域已经记录了66种海鞘。其中,渤海5种,黄海21种,东海24种,南海53种。我国柄瘤海鞘在北方海域占优势,在渤海数量很大,每平方米有8100个;皱瘤海鞘则在南方海域占优势,在南海每平方米有2225个;玻璃海鞘和乳突海鞘在全国沿海都有分布。
绝大多数海鞘习惯固着生活,至少成体是如此,也有少数种类为自由生活类型。海鞘形状多种多样,有的像茄子,有的似附着在岩石上的花朵,有的在被囊外长出许多小的皱瘤。
海鞘的个头大小不一,小的不足1毫米,大的超过30厘米。它们有独居、群居和共居三种类型。独居或群居的个体各有自己的被囊,而共居个体则共有一个被囊。有趣的是,有些共居海鞘中,每一个个体虽有它自己的进水管孔,但出水管孔却为这一共居体所共有。共居海鞘的这种构造极大地节省了空间,因此,海鞘被认为是一位很好的设计师。
大多数被囊动物都是滤食性。与头索类文昌鱼一样,海鞘的食物是滤食海水中的单细胞藻类,在8000米以下深海,海鞘就成了独一无二的捕食者,它扩张的进水管变成了一个陷阱,时常有一些动物会自动落入陷阱而成为它的食物。
海鞘为雌雄同体,但不自体受精,而是一个个体排出的卵子与另一个个体的精子受精,这种生殖方式被称为有性生殖;海鞘还有另一种生殖方式,称为无性生殖,即从海鞘身体一侧长出一个芽体——类似于马铃薯的芽——这个芽体长大后便脱离母体,发育成为一个新个体,而这个个体必须经过交配才能产生下一代。
这种隔代无性繁殖的方式,使海鞘能够遍布全世界。
海鞘与脊椎动物的起源
初看海鞘的形态,很难理解脊椎动物的起源会和它有关。
如果说从头索类文昌鱼来看脊椎动物的起源,完全可以理解,因为从幼体到成体,文昌鱼均有神经管(脑和脊髓)、脊索、鳃裂和内柱(原始的甲状腺)这四大特征,因此,头索动物是人们公认的脊椎动物的祖先。
那么,海鞘有这些特征吗?从成体海鞘很难获得满意的回答,难怪在很长时间内,它们曾被归入软体动物。1886年,俄国胚胎学家柯瓦列夫斯基研究了海鞘的胚胎发生,发现刚孵化出来的海鞘很像小蝌蚪:身体透明,有脑袋,尾部很发达,中央有一条脊索,脊索背面有一条直通身体前端的神经管,咽部有成对的鳃裂和内柱。海鞘的幼虫不取食,只游动几个小时,然后就用它的突起垂直地附着在某个物体上。
海鞘的生活史与进化史正好相反,这种现象称为逆行变态,或退化性变态。变态的结果是,脑只留下一个神经节,脊索残留在尾部。这就是尾索动物的由来。海鞘的生活史也证明了它与脊椎动物的亲缘关系。从此,海鞘被正式列入脊索动物门下面的一个亚门中。
这种亲缘关系的另一个证据是,科学家们依据解剖学观察,提出了神经腺与脊椎动物脑垂体同源的假说。神经腺位于神经节背面、两个进出水孔之间。
为证实这个假说,人们设想脊椎动物脑垂体存在促性腺激素,它能够刺激动物性腺(卵巢和精巢)的发育,如果提取海鞘神经腺,并将提取物注射到动物体内后,也能够刺激动物性腺发育。这就证明,海鞘神经腺中含有类似脊椎动物促性腺激素物质,同时也可以证明神经腺与脑垂体同源。随后,研究人员将海鞘神经腺提取物注射到幼年小鼠体内,证实了可诱发其卵巢发育,注射到成体海鞘体内,也使其性腺发育成熟及排卵和释精。
最近,研究人员还从神经腺中找到合成和分泌类似脊椎动物脑垂体促激素细胞,如促性腺激素细胞、促黑色细胞刺激素细胞、促肾上腺皮质激素样细胞等,神经腺已被公认为是脊椎动物脑垂体的祖先。
不久前,美国和日本的一个联合小组成功地破译了一种海鞘的基因组,基因数量约为1.6万个,是大多数脊椎动物基因的一半,和人相同的基因仅有17%,有21%的基因为海鞘独有。海鞘基因如此“苗条”,是因为脊椎动物的大部分基因都有好几个“备份”,而海鞘仅有一份。
海鞘的危害和利用
海鞘对舰艇、船舶、海上网箱养殖和港口建设危害较大,因为海鞘和其他污损生物如贝藻类、腔肠动物和藤壶附着在船体上,会降低船速,使燃料消耗增加并且会加速船体腐蚀。
海鞘容易附着在海水养殖网箱的网片上,若不及时换网,就会导致网眼堵塞、网底沉积物增多,使网箱负载过重而下沉,或导致绳断网破而漏鱼。
所以,为防止海鞘的附着,舰艇和船舶必须涂防护漆。而网箱养殖的防护,就只有通过人T除掉了。
许多海鞘都含有剧毒,它们以此来保护自己以免被吃掉。海鞘毒可以杀死癌细胞,如加勒比海海鞘毒可以治疗皮肤癌、乳腺癌、膀胱癌、胃癌和胰腺癌;夏威夷海鞘毒可以治疗前列腺癌;海鞘中提取的海鞘素β可用来抑制白血病癌细胞的生长。我国的研究人员已经从海鞘中分离出一种海鞘醇天然先导化合物,用来治疗乙肝。
此外,海鞘还是美味的海珍品。大连长海县一个养殖集团从日本、韩国引进真海鞘进行人工养殖,取得了良好的效益。真海鞘营养丰富,口味独特,深受消费者的喜爱,市场价格常年稳定在每公斤1.5美元左右。同时,真海鞘还含有19种不饱和脂肪酸,尤其是海鞘十二碳酸-5烯酸相对含量比传统的鲑鱼和贻贝都高。
由此可见,海鞘的经济价值相当高。可喜的是,我国有关技术人员已经完全掌握了真海鞘育苗、养殖的关键技术。真海鞘的生长周期约2年,对养殖条件要求不高,易于广大养殖户掌握,预计不久,真海鞘就会出现在百姓的餐桌上。
形似植物的海鞘
海鞘常常附着在岩石上,很容易被误认为是植物,这是因为它的体表被一层无生命的含有纤维素的套膜所包裹,身体藏在被囊里面。这个套膜既可作为海鞘的保护装置,又可使身体硬化,维持身体形状,这是在动物界中唯一在肌体外被类似植物纤维素包裹的动物,因此,海鞘又被称为被囊动物。
当人们在海滨采集附着生物时,不小心触动海鞘,立刻可见从它的出水孔射出一股水流,这便是动物的标志。海鞘属尾索动物亚门、海鞘纲,现记录全世界约有海鞘2000多种,广泛分布于所有海域,包括海冰覆盖的南极。南极冬季是超过-40℃严寒的冰雪世界,冰下海水温度却有-1.8℃,所以,在多岩石的海底仍有海鞘的踪影。
我国海域已经记录了66种海鞘。其中,渤海5种,黄海21种,东海24种,南海53种。我国柄瘤海鞘在北方海域占优势,在渤海数量很大,每平方米有8100个;皱瘤海鞘则在南方海域占优势,在南海每平方米有2225个;玻璃海鞘和乳突海鞘在全国沿海都有分布。
绝大多数海鞘习惯固着生活,至少成体是如此,也有少数种类为自由生活类型。海鞘形状多种多样,有的像茄子,有的似附着在岩石上的花朵,有的在被囊外长出许多小的皱瘤。
海鞘的个头大小不一,小的不足1毫米,大的超过30厘米。它们有独居、群居和共居三种类型。独居或群居的个体各有自己的被囊,而共居个体则共有一个被囊。有趣的是,有些共居海鞘中,每一个个体虽有它自己的进水管孔,但出水管孔却为这一共居体所共有。共居海鞘的这种构造极大地节省了空间,因此,海鞘被认为是一位很好的设计师。
大多数被囊动物都是滤食性。与头索类文昌鱼一样,海鞘的食物是滤食海水中的单细胞藻类,在8000米以下深海,海鞘就成了独一无二的捕食者,它扩张的进水管变成了一个陷阱,时常有一些动物会自动落入陷阱而成为它的食物。
海鞘为雌雄同体,但不自体受精,而是一个个体排出的卵子与另一个个体的精子受精,这种生殖方式被称为有性生殖;海鞘还有另一种生殖方式,称为无性生殖,即从海鞘身体一侧长出一个芽体——类似于马铃薯的芽——这个芽体长大后便脱离母体,发育成为一个新个体,而这个个体必须经过交配才能产生下一代。
这种隔代无性繁殖的方式,使海鞘能够遍布全世界。
海鞘与脊椎动物的起源
初看海鞘的形态,很难理解脊椎动物的起源会和它有关。
如果说从头索类文昌鱼来看脊椎动物的起源,完全可以理解,因为从幼体到成体,文昌鱼均有神经管(脑和脊髓)、脊索、鳃裂和内柱(原始的甲状腺)这四大特征,因此,头索动物是人们公认的脊椎动物的祖先。
那么,海鞘有这些特征吗?从成体海鞘很难获得满意的回答,难怪在很长时间内,它们曾被归入软体动物。1886年,俄国胚胎学家柯瓦列夫斯基研究了海鞘的胚胎发生,发现刚孵化出来的海鞘很像小蝌蚪:身体透明,有脑袋,尾部很发达,中央有一条脊索,脊索背面有一条直通身体前端的神经管,咽部有成对的鳃裂和内柱。海鞘的幼虫不取食,只游动几个小时,然后就用它的突起垂直地附着在某个物体上。
海鞘的生活史与进化史正好相反,这种现象称为逆行变态,或退化性变态。变态的结果是,脑只留下一个神经节,脊索残留在尾部。这就是尾索动物的由来。海鞘的生活史也证明了它与脊椎动物的亲缘关系。从此,海鞘被正式列入脊索动物门下面的一个亚门中。
这种亲缘关系的另一个证据是,科学家们依据解剖学观察,提出了神经腺与脊椎动物脑垂体同源的假说。神经腺位于神经节背面、两个进出水孔之间。
为证实这个假说,人们设想脊椎动物脑垂体存在促性腺激素,它能够刺激动物性腺(卵巢和精巢)的发育,如果提取海鞘神经腺,并将提取物注射到动物体内后,也能够刺激动物性腺发育。这就证明,海鞘神经腺中含有类似脊椎动物促性腺激素物质,同时也可以证明神经腺与脑垂体同源。随后,研究人员将海鞘神经腺提取物注射到幼年小鼠体内,证实了可诱发其卵巢发育,注射到成体海鞘体内,也使其性腺发育成熟及排卵和释精。
最近,研究人员还从神经腺中找到合成和分泌类似脊椎动物脑垂体促激素细胞,如促性腺激素细胞、促黑色细胞刺激素细胞、促肾上腺皮质激素样细胞等,神经腺已被公认为是脊椎动物脑垂体的祖先。
不久前,美国和日本的一个联合小组成功地破译了一种海鞘的基因组,基因数量约为1.6万个,是大多数脊椎动物基因的一半,和人相同的基因仅有17%,有21%的基因为海鞘独有。海鞘基因如此“苗条”,是因为脊椎动物的大部分基因都有好几个“备份”,而海鞘仅有一份。
海鞘的危害和利用
海鞘对舰艇、船舶、海上网箱养殖和港口建设危害较大,因为海鞘和其他污损生物如贝藻类、腔肠动物和藤壶附着在船体上,会降低船速,使燃料消耗增加并且会加速船体腐蚀。
海鞘容易附着在海水养殖网箱的网片上,若不及时换网,就会导致网眼堵塞、网底沉积物增多,使网箱负载过重而下沉,或导致绳断网破而漏鱼。
所以,为防止海鞘的附着,舰艇和船舶必须涂防护漆。而网箱养殖的防护,就只有通过人T除掉了。
许多海鞘都含有剧毒,它们以此来保护自己以免被吃掉。海鞘毒可以杀死癌细胞,如加勒比海海鞘毒可以治疗皮肤癌、乳腺癌、膀胱癌、胃癌和胰腺癌;夏威夷海鞘毒可以治疗前列腺癌;海鞘中提取的海鞘素β可用来抑制白血病癌细胞的生长。我国的研究人员已经从海鞘中分离出一种海鞘醇天然先导化合物,用来治疗乙肝。
此外,海鞘还是美味的海珍品。大连长海县一个养殖集团从日本、韩国引进真海鞘进行人工养殖,取得了良好的效益。真海鞘营养丰富,口味独特,深受消费者的喜爱,市场价格常年稳定在每公斤1.5美元左右。同时,真海鞘还含有19种不饱和脂肪酸,尤其是海鞘十二碳酸-5烯酸相对含量比传统的鲑鱼和贻贝都高。
由此可见,海鞘的经济价值相当高。可喜的是,我国有关技术人员已经完全掌握了真海鞘育苗、养殖的关键技术。真海鞘的生长周期约2年,对养殖条件要求不高,易于广大养殖户掌握,预计不久,真海鞘就会出现在百姓的餐桌上。