吃多了，会长手？

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者： 糖兽，题图来自：电影《阿丽塔：战斗天使》

一

小时候的儿童书籍里，经常有类似“一只青蛙一张嘴，两只眼睛四条腿”一类的顺口溜。这样简单的一句话，描述了动物的肢体自出生后就是固定的，它背后隐藏了这样一层意思，猫咪和小狗是有四条腿的动物，人是有两条腿的动物，蜘蛛是有八字腿的动物……

通常来说，几乎所有动物的肢体数量都是不可改变的，这类体型特征是由基因决定的。然而，一篇于近期发表在《自然-通讯》杂志上的文章却报道了一种“神奇”的动物，这种动物的肢体数量不由基因决定，而是由它们吃了多少食物决定。假如人类也是如此，那就意味着我们吃得越多，胳膊和腿的数量也就会越多。

拥有这项宛若科幻电影中的神奇超能力的物种名为星状海葵（Nematostella vectensis），是一种对环境有着极强适应能力的水生刺胞动物。

 星状海葵（Nematostella vectensis），图片来源：Wikipedia

二

一直以来，科学家都知道如海葵、珊瑚虫、水螅虫等刺胞动物都具有持续发育的能力。它们就像植物能不断长出分枝一样，一生中都能产生新的器官和身体轴。

星状海葵就是这样一种小小的、像花朵一样的无脊椎刺胞动物。它们的最初生命形态是一些可以移动的小幼虫，这些幼虫在发育过程中，会在细腻的泥中挖洞，渐渐长成成虫。它们的顶端长有嘴，以小型的软体动物和甲壳类动物为食。帮助它们捕食的是布满了毒液的触手，这些触手会将食物拖曳进嘴中。

一直以来，研究这种动物的科学家都好奇于，为何有的星状海葵的触手只有4条，而有的则多达24条。究竟是什么控制了这些动物的发育机制？

星状海葵的触手数量并不固定，图中左边所示的星状海葵有4个触手，右边所示的有16个触手。图片来源：A. Ikmi et. Al. / Nature

为了找到这个问题的答案，在一项新的研究中，一组生物学家在实验室中培养了1000多个正在成长的星状海葵，并在喂养的过程中，注意到一个有趣的现象。他们发现，星状海葵的触手数目的增加，与食物的摄入之间存在依赖关系——给星状海葵喂养更多食物，它们的触手出现得越快，有的可以在几天之内就长出新的成对的触手；但当喂养速度减慢时，触手的生长就会随之减缓。

三

那么是什么驱动了触手的生长呢？

研究人员发现，星状海葵有4根最初的、最基本的触手，在这4根触手长成之后，额外的触手的生长直接受食物供应的影响。在正常情况下，星状海葵大约需要5天的时间能发出“新芽”，再经过约5天时间，“新芽”就会长成发育完全的触手。

 在四个基本触手之外，星状海葵还会成对地长出新的触手。图片来源：A. Ikmi et. Al. / Nature

他们还发现，星状海葵拥有一种细胞信号通路，这种信号通路可以将摄入的营养与发育过程联系起来；当研究人员在实验中将这种信号通路阻断时，星状海葵就不再能长出新的芽和新的触手，即便它们并没有停止进食。

然而，这并不是故事的全部。在这项研究中，生物学家发现，要让星状海葵能长出新的触手，还有另一个至关重要的因素。

在观察星状海葵的触手的发育过程中，研究人员注意到，星状海葵的成虫阶段的触手的发育过程，是有别于最初的四个触手的。于是，他们从肌肉细胞中识别出了负责最初的4个触手生长的基因。接着，他们将这种基因移除，创造出了缺乏该种基因的星状海葵。他们发现，被移除了关键基因的星状海葵，只能完好地长出前4个触手，但是却无法再长出更多的触手，无论吃得再好。

 星状海葵的发育过程。图片来源：Anniek Stokkermans/Embl

这也就是说，一旦没有了这个关键基因，星状海葵根本就长不出新的触手。而且他们还发现，这种基因越是活跃的肌肉细胞，越可能成为下一波长出触手的地方。这种生长也会影响邻近的肌肉细胞激活它们之中的这种基因，于是在星状海葵身上产生连带式的触手生长。

四

到目前为止，星状海葵是已知的第一种以这种机制生长触手的物种。在此之前，也有研究曾发现过一种被称为垃圾葵（Aiptasia）的小型棕色海葵的触手发育与摄入的营养之间存在依赖关系，但具体的依赖机制仍然悬而未决。

对于从事发育生物学的研究人员来说，这是非常令人兴奋的发现。在海葵的生命周期中，它们需要不断地调整自己的身体以适应不断变化的环境条件。而新的研究证实了，其实这些海葵的触手的不断生长，也是需要利用复杂的基因过程才能做到的。

现在，关于海葵还存有一些未解的问题，例如它们究竟是如何调整自身的生物学特性的。接下来，研究人员将会探索进食依赖过程是否也与再生有关，并进一步确定肌肉在决定新触手的形成位置方面所具有的具体作用。

参考来源：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-18133-0

https://www.sciencemag.org/news/2020/09/more-they-eat-more-tentacles-these-sea-anemones-sprout

https://www.newscientist.com/article/2253436-sea-anemones-grow-more-tentacles-when-they-have-plenty-of-food-to-eat/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=home

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