你一定听说过“厌氧生物”的名目。它们是不需要氧气的生物，大都是结构简单的单细胞生物，比如细菌。不过，最近科学家发现了一些新的能在无氧条件下生存的多细胞动物。如果这个结论得到进一步证实，将会是对动物认识的又一个分水岭。它也有可能帮助我们更好地认识地球生命的演化史。

　　发现 “杯具”出在蛮荒地

　　4月6日，《英国医学学会生物学》的网络刊上刊发了美国马萨诸塞州伍德豪尔海洋大学教授蒂姆·山克（Tim Shank）等人的研究结果，宣称多细胞的动物不靠吸氧也能存活。

　　故事的主角叫做“铠甲虫”，是铠甲动物门（Loriciferans）的动物。铠甲动物门的拉丁文名字“Loricifera”正是“身披战甲”的意思。这些动物都很小，最大的只有一毫米。这类动物都生活在海底的沉积物中，把自己紧紧地吸附到小石头上，很难被发现。

　　铠甲动物门直到1983年才被发现，是最晚被发现的多细胞动物门类之一。现在已经描述的铠甲门动物有8属20种，可能还有100种左右没有被描述。它们在各个纬度，各种深度的海底都有分布。这类动物有头、嘴和消化系统，由一个壳来保护。它成熟之后也分雌雄两性。

　　山克等人研究的几种铠甲虫采自一个位于地中海水下3.5公里，盐度很高的，充满硫碘的海底盆地（海盆），它们看起来就像一个个小“杯具”，微小的触手从“杯口”伸出来。虽然这些小“杯具”生活的地方很不友好，但它们坚强地生存了下来。

　　山克多年来专门研究生活在极端的环境中的生物，比如深海热泉附近的滚烫海水，这里的生活环境不可谓不严酷，即使如此，也有含有氧气的海水流过来。如果找到了能够在完全缺氧的环境中生活的动物，那将比深海热泉“更进一步”。

　　而铠甲虫的家在地中海的亚特兰特海盆（L’Atalante basin）。在地质史上地中海曾经和大西洋隔离，所以当时蒸发特别严重，海水盐度非常高，几乎和现在的死海类似。后来虽然地中海又和太平洋相连，但大量的盐分仍然集中在亚特兰特海盆等海底低洼处。铠甲虫生活的淤泥盐分很高，也几乎不含氧。

　　研究 它们多半祖居于此

　　之前，生物学家们认为只有单细胞的生命体，比如说细菌可以生活在缺氧的环境里，科学家们知道一些多细胞动物可以暂时在缺氧的环境中生存，但在此情况下它们会暂时休眠，最终还吸氧。在亚特兰特海盆的淤泥里发现多细胞的铠甲虫，大大出乎科学家们的意料。

　　在1998年、2005年和2008年的三次海底科学探索中，科学家都在这个海底盆地的钻探标本中发现了铠甲虫。参与研究的意大利马尔凯（Marche）理工学院的罗伯托·达诺瓦罗（Roberto Danovaro）说，研究者第一次在这里发现这些动物的时候，还以为它们只是碰巧埋在这里的遗体，后来才开始怀疑它们原本就生活在这里。

　　为了验证这些动物是否只是在别处死掉，无意中漂到这里，研究者们取了更多的沉淀物钻探标本，将它们在科考船上进行测试。测试容器充满氮气，这样可以避免氧气的干扰。在测试中，科学家发现这些动物还活着，并且有新陈代谢的迹象。

　　在亚特兰特海盆，铠甲类动物相对常见，但是在周围含氧量较高的水域却很少见到这类动物。而且，在标本中还发现了这类动物蜕下的壳，说明它们能在这里生长。达诺瓦罗说，它们还有可能在这里繁殖，因为他们在两个铠甲虫个体的体内发现了卵。达诺瓦罗说，在它们生活的区域以上50米的地方，才存在含氧量相对丰富的海水。不过看看这些动物的“杯具”外形，谁都不会相信它们能上下游动50米的距离，所以，极度缺氧的海盆很可能就是这些动物永远的家。

　　关键 氢化酶体是否有

　　科学家们开始寻找更多的证据。电子显微镜的图像显示，铠甲虫的细胞内没有线粒体，要知道，线粒体可是进行氧化作用，为细胞提供能量的重要细胞器。这个发现说明它们确实不需要氧来分解有机物提供能量。与此同时，科学家在它的身体组织里发现了类似“氢化酶体”的结构，而“氢化酶体”正是给一些厌氧的单细胞生物提供能量的细胞器。

　　大家都知道线粒体是我们身体里的“细胞能量工厂”，因其主要功能是将有机物氧化产生的能量转化为ATP。ATP就是供应身体细胞能量的“电池”。而“氢化酶体”可以被看做不需要氧气产生ATP的“细胞能量工厂”，内含氢化酶、氧化还原酶、铁氧化蛋白和丙酮酸等物质，进行很多种化学反应，其中一种是靠氢化酶催化物质中的质子变成氢气。除ATP外，氢化酶体产生的物质还有氢气、醋酸盐和三氧化碳。

　　氢化酶体存在于一些纤毛虫、毛滴虫和真菌的体内。其中我们研究最多的是毛滴虫。有些毛滴虫生活在人类女性的阴道中，这可是个缺氧的环境，毛滴虫可以用氢化酶体给它的纤毛“充电”，很得瑟地游来游去，造成严重的妇科问题。过去一直认为氢化酶体只存在于简单的单细胞生物体内，没想到结构相对复杂的铠甲虫身体里可能也有这玩意儿。

　　铠甲虫体内不但有氢化酶体，而且附近还有一种杆状的结构，科学家们认为它可能是共生的有机体。一些单细胞的生物正是靠着细胞器和共生有机体的共同作用来获取能量。

　　山克说，找到一种在没有氧气环境中长期生存的动物是“我们对动物生存环境认识的一个分水岭。”很多科学家表示出对山克等人研究的关注。没有参加这项研究的哈佛大学无脊椎动物专家贡扎罗·吉利伯特（Gonzalo Giribet）说：“这项研究真的很独特。”斯克里普斯大学的海洋生物学家丽莎·莱文（Lisa Levin）表示，虽然仍然缺乏更直接的证据，但“我觉得他们是对的”。

　　不过也有人对这个结果抱怀疑态度，荷兰奈梅亨大学的乔汉尼·海克斯坦（Johannes Hackstein）表示，铠甲类动物的研究者只是得到了一些“初步的证据”，现在还不能确定这些动物真的拥有氢化酶体，研究这类结构，光有电子显微镜图像还是不够的，还需要细胞器的染色和生理学实验才能对它们“验明正身”。

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　　自然界的“低氧耗车型”

　　科学家们已经发现了很多种能在极端缺氧的情况下生存相当长时间的多细胞动物。下面，我们就一起看一看自然界的“脱氧英雄”们吧。

　　●缓步类动物

　　缓步类动物很小。它们的身体圆滚滚的，长着多条小胖腿，经常被称为“水熊虫”。它是唯一已知可以在真空中生存的多细胞动物。当然，这个“生存”跟一般意义上的理解并不一样。如果没有氧气，水熊虫们就可以用休眠状态挺过去。它们在真空中就是这么干的。没有水的时候它们就会干缩成一团，有了水的时候它们又像方便面一样涨起来，活过来。

　　●海底热泉蛤

　　这种蛤生活在海底的热泉附近。它会把一只“脚”伸到富含硫质的泉水里，把泉水引到自己的鳃里，这里共生着靠吃硫磺的微生物，蛤就靠这些微生物提供养分；另一方面，它还把虹吸管伸到含氧丰富的水中，把这里的水引到鳃上面，这样它就能够呼吸了。

　　●美洲大赤鱿

　　美洲大赤鱿是凶猛的捕食者，它们可以长到2米长，喷水后退游泳的时速可以达到25千米。它们可以潜到氧气很少的深海，在这里待一整天，远超过鲨鱼等其他捕食者。实验室试验表明，这种大鱿鱼可以把氧消耗量降低80到90个百分点，这在捕食动物中非常少见。

　　本周，“养生”成了公众关注的焦点。部分农产品价格暴涨被认为与“养生大师”不遗余力的鼓吹有关，“医学学历”、“非法行医”之类的调查也屡屡见诸报端。其实，从某种角度来说，新知周刊一直在与“养生大师”们做斗争，从早年的“地瓜最佳论”、“牛奶是给牛喝的不是给人喝的论”到后来的“固原膏特别神奇论”、“五行蔬菜汤能治癌论”、“为了防癌所以吃素论”，再到如今的“吃辣椒导致肺癌论”、“绿豆汤养肝解毒论”……套用范大厨的话说，真是“防不胜防啊”。

　　打住，我们今天不说“养生”，而说“氧生”。“养生”的话题可以年年说、月月、周周说，可“氧生”的话题今天可是非说不可的。最近，意大利科学家在地中海的海盆里发现了一种新的“疑似厌氧生物”。

　　看到这里有人要不耐烦了，厌氧生物有什么稀奇的，我还知道破伤风杆菌就是厌氧的呢。确实，虽然一般人熟知的动物、植物大都要靠氧气过日子，但讨厌氧气的“厌氧生物”却并不是什么稀罕事。只是，科学家之前了解到的厌氧生物都很简单，主要都是单细胞生物。而科学家新近发现的“疑似厌氧生物”却是多细胞生物，而且隶属于动物界。这些东西被称为铠甲虫，属于铠甲动物门。这是动物界中的“新门派”，1983年才刚成立，属下全都是海生动物，有头、嘴和消化系统，且都是雌雄同体。如果这个发现最终被确认，那或许会帮助我们更好地认识地球生物的演化历程。

　　实际上，氧气在地球演化史上扮演过极其重要的角色。地球形成之初，大气中的氧气含量并不高，水中溶氧就更低了。因此，科学家推断地球上最早的一批生命很可能都是厌氧的。它们生活在几乎完全无氧的环境中，氧气对它们中的很多成员来说甚至是可能威胁生命的“污染物”。然而，水一直在通过各种途径被分解，形成氧气。生物的光合作用是其中的主要途径。最早的一批可以进行光合作用的生物，比如蓝藻出现以后，大量的光合作用副产品——氧气被排入地球大气。氧气浓度越来越高，很多厌氧生物被杀死。而剩下的那些要么“弃暗投明”演化成了好氧的新物种，要么只能进入一些特定的缺氧区域，继续“厌氧”的传说。

　　此后，大气含氧量逐渐上升，在石炭纪末期达到了峰值：35%。这么高的含氧量催生了一些奇怪的动物，巨蜻蜓就是其中最声名显赫的，它们的翼展能达到1米。昆虫没有肺，不能向我们一样利用肌肉迫使气体进出身体，而只能用气管来呼吸。气管能深入体内多长，它们相应地就能长多大。一些科学家认为，正是因为极高的氧浓度，使昆虫较容易从气孔中获得氧气，所以气孔越长，体形自然也就越大了。

　　如今，地球大气的氧浓度大约为22%。虽然远不如石炭纪的那个极值，却一样哺育万物。为了更好地获得这些宝贵的“养气”，动物们竞相演化出各种奇怪的招术，给我们展示了一个绚烂美好的世界。

　　□徐德芳

　　最近，科学家们在地中海底发现一种可能不需要氧气就能生存的多细胞动物。在生物界引发了不小的反响，因为此前科学家们发现的“厌氧生物”大都结构简单，只有一个细胞。这很可能会有助于我们进一步认识生物演化史。氧气从来就是和“生命”联系起来的一种概念，下面我们就一起看看氧气和生命的古今因缘。

　　氧 活跃元素提供能量

　　如果你经常上网，大概看过这样一则笑话——有一个小学生写了篇日记：”2月30日，天气晴。今天一天都没出太阳，我养的金鱼淹死了，我很伤心。”老师的批语是：“我也很伤心，从没听说2月有30日，晴天一天不出太阳，金鱼会淹死。”

　　其实，这个笑话一点都不好笑。小学生写的有可能是真的，比如中国的农历就有2月30日，再比如在两极，半年都出不了太阳，更别说一天了。那鱼会淹死吗？这就要看你要如何定义“淹死”。人会溺水，是因为在水中不能呼吸，肌体得不到足够的氧气进行氧化作用。但如果水中溶氧不足，鱼也会死。而且鱼的这种死亡原因和人溺死的原因其实是一样的，所以说“鱼也会淹死”。

　　好氧生物——包括我们人类，都需要氧气来进行氧化作用，从而让身体获得能量，这就是所谓的“呼吸作用”。所谓“氧气”，其实就是自由状态的氧原子，两两结合形成O2。氧还有另一种形式O3，也就是大名鼎鼎的“臭氧”。臭氧在低层空气中是一种污染物，复印机在工作时就会产生大量臭氧。但它在高层空气中有阻挡紫外线的作用。氧是除了氢和氦之外宇宙中含量最高的元素，同时是地壳中质量最大的元素。所有组成生命体结构的有机物，包括蛋白质、碳水化合物和脂肪都含有氧元素，而组成生物的骨、壳和牙齿的无机物成分中也含有氧。不需要借助超新星爆发的威力，氧元素能自然地由恒星的核反应产生，多数的氧元素都来自氦的核聚变，也有少数来自氖的裂变。

　　氧是一种非常活跃的元素，可以和几乎所有其他元素形成化合物。这么“好交往”的家伙，独善其身者自然少之又少。火星的大气中只有0.1%的氧气，金星大气中的氧气含量更少，这些少得可怜的氧气都是各种射线轰击二氧化碳产生的。但是现在氧气却占地球空气量的20.9%，这么大的量，绝对是“不正常的”，这是谁干的？

　　光 让氧气充满大气层

　　地球上的氧气绝大多数都是光合作用的产物。光合作用是生物利用光能、水和CO2合成碳水化合物的过程，氧气是其中“无用”的副产品。在进行光合作用的叶绿素中，有一个类似电极的装置，利用光能转化出的电能把水电解成氢和氧，不过因为氢的电子被叶绿素夺去，只能变成氢离子，不变成氢气，氧两两结合成氧气被释放出来。

　　据研究，在可以进行光合作用的古细菌和藻类演化出来之前，地球大气中氧气的含量是很少的。在20亿年前到16亿年前的原生代，最初的光合作用产生了大量氧气。这时地质史上诡异的一幕出现了：当时的海水里溶有大量的铁元素。这些铁和海水中的氧气结合成为红色的氧化铁，而氧化铁并不能溶于水，纷纷沉到海底，后来形成一种里面有一道道红纹的沉积岩，叫“铁燧岩”（Taconite）。

　　在早期低氧环境中，地球最早的那批生命大都是厌氧的。氧气的增加对于这些生活在海洋中的厌氧生物来说是一种灾难。它们被大批毒死。而此时也有细菌演化成了好氧菌，利用氧化作用产生的能量比厌氧生物的氢化作用之类产生的能量要大得多，可以支持更大更复杂的生物体，于是真核生物和多细胞生物开始出现。

　　从大约5.4亿年前的寒武纪开始，地球大气中的氧气含量在15%到30%之间徘徊，到了大约3亿年前的石炭纪末期，氧气含量达到了空前绝后的35%。在石炭纪末期，生活着很多巨大的昆虫，比如翼展超过一米的巨蜻蜓。有科学家认为，昆虫没有哺乳动物那么先进高效的循环系统，只能靠气管的分支把氧气输送到身体各个部位，如果气管太长，那么氧气就过不去了，这也是昆虫不能长得太大的原因之一。而氧浓度较高是巨蜻蜓出现的重要条件。不过，也有科学家认为氧含量和生物的大小没有直接关系，石炭纪末期产生出大昆虫的原因是爬行动物、哺乳动物和鸟类还没有来到这个世上。这些后来者具有轻便的内骨骼，更高的代谢率，所以更适合长得更大，代替昆虫成为顶尖捕食者。当然，昆虫也没有失败，它们靠强大的生殖能力到现在还是地球的统治者之一。

　　水 溶氧让鱼能“喘气”

　　一个成年人每分钟要耗去1.8克到2.4克氧气。全人类每年要耗去60亿吨的氧气，不过不用担心氧气会用完。地球上有让氧气生生不息的“氧循环”，就是氧元素在大气圈、生物圈和岩石圈之中的循环。光合作用把氧气释放到大气里，而呼吸作用和腐败作用又把氧气转化成化合物中的氧。好消息是，现在地球上的氧循环基本处于平衡状态，每年有1/2000的氧气失而复得，得而复失。

　　不但在大气中，自由的氧元素也可以在水中找到，虽然这些自由氧元素在水中大多不是以气体形式存在，但也可以大略理解成溶于水的氧气。冷水可以比热水溶解更多的氧。极地的浅海里充满生命，而赤道的浅海往往像沙漠一样荒凉，含氧量的区别是导致这种差别的原因之一。而过多的藻类和腐败物质在水中会消耗大量的氧，造成水中动物的大量死亡。

　　回到开头鱼会不会淹死的话题。水生生物靠吸收溶解在水中的氧气来进行呼吸，1升水顶多含有10立方厘米的氧气，而1升空气的含氧量多达210立方厘米。但是没办法，最初的生物就是在水里出现的，所以它们只能凑合着利用水里那少得可怜的氧气了。实际上，鱼类的鳃也可以利用空气中的氧气，不过前提是鳃要保持湿润。如果鳃干了，就会黏在一起，不能再起到吸氧的作用。弹涂鱼大多数时间呆在水边的岸上，只把尾巴伸进水里。刚开始，生物学家以为它用尾巴呼吸。最终，他们发现其实弹涂鱼用尾巴把水引到鳃里，以保持其湿润。

　　很多螃蟹成年后能完全在陆地上生活，因为它们在壳里已经携带了海水，凭着这些海水就可以让自己的鳃不干涸。而后来演化程度更高的动物，比如蜘蛛、昆虫、爬行动物等等，都成功让喝进的水能够在身体里保存，成功地在身体里营造了一个“海洋环境”，通过血管吸收从外界吸进的氧气。用肺呼吸的动物能够吸收利用最多的氧气，从而具有最大的肌肉力量。即使在海洋中，最有力的动物也是用肺呼吸的鲸。

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　　吸氧“三十六计”

　　为了能够获取更多的氧气，很多生物演化出了各种神奇的手段，用“三十六计”般花哨的策略获得这些“生命之气”。

　　●无中生有，青蛙长毛

　　1900年，有人在非洲的加蓬抓到了一种长毛的蛙。不久之后，青蛙长毛的秘密终于被揭穿了，原来这些毛并不是毛，而是皮肤上的赘生物。蛙类用皮肤呼吸，而雄性的长毛青蛙因为交配时特别费力气，所以光靠皮肤吸收的氧气不够，于是长出长毛增大接触空气的面积。

　　●借刀杀人，凿壁偷气

　　寄生于非洲大蝗虫身上的蜂类幼虫，能够穿透寄主的呼吸气官的支气管偷取氧气。

　　●树上开花，屁股有管

　　有些蜂蝇的幼虫生活在淤泥中，它的屁股上有一根很长的呼吸管，可以伸到水面上呼吸。

　　●围魏救赵，网住气泡

　　水蜘蛛的网织在水下，它可以把腹部伸到水面上，用腹部的绒毛粘住一些空气，把它们带到网里。有趣的是，这些气泡中的氧气用完了也不用经常补充，因为水中的氧气会通过扩散作用进到里面去，堪称一种“自动物理肺”。

　　●釜底抽薪，破植取氧

　　植物的光合作用可以产生氧气，有一类水下生活的象鼻虫会咬开植物，直接吸取它产生的氧气。

　　新知专题编译/本报记者 刘铮

    【新京报】