很多微生物不需要氧气就能生存,有没有动物不需要氧气也能生存?
神奇的大自然中生物千奇百怪,为了在不同的环境下更好的生存,不同的生物进化出了不同的能力,比如拥有“返老还童”能力的灯塔水母,就是在性成熟进行完分裂生殖后会由水母体重新回到初始的水螅体状态下,这种能力使得被许多海洋生物当成食物的灯塔水母能够一直保持相对稳定的数量。
一般情况下,我们认为大多数的生物的生存是离不开氧气的,但是,凡事都有例外,在所有的生物中,厌氧生物就是不需要氧气就能生存的一大类生物。而厌氧生物大都是微生物,那么,在动物界中有没有不需要氧气也能生存的动物呢?答案是肯定的。下面我们简单的来说几种不需要氧气就能生存的动物。
(上图为氨氧化菌的厌氧生物,可以用作海水污染的治理)
厌氧生物厌氧生物之所以被称为生物,而不是动物,就是因为大多数的厌氧生物都是细菌,而细菌属于细菌界,而非动物界。在细菌界中的厌氧生物中,根据厌氧的程度可以分为:专性厌氧生物、兼性厌氧生物以及耐氧厌氧生物三种。其中,专性厌氧生物就是完全不靠氧气生存,它们生活在无氧的环境下,靠无氧呼吸和发酵生存;兼性厌氧生物则是指在又氧的环境下,它们可以进行有氧呼吸,在无氧的环境下,它们亦可以进行发酵或者无氧呼吸;而耐氧厌氧生物则是指在有氧的环境下生存,但是不进行有氧呼吸的生物。
这三种厌氧生物最大的区别就是,专性厌氧生物在有氧的环境下会死,而兼性和耐氧厌氧生物则可以在无氧和有氧的环境下都能生存。不同的是,耐氧厌氧生物不进行有氧呼吸,完全靠发酵生存。我们常说的肉毒杆菌就属于专性厌氧生物,而酵母则属于兼性厌氧生物,溶组织梭菌则是耐氧厌氧生物的代表生物之一。
(上图为肉毒杆菌)
有没有不用氧气就能生存的动物?既然是动物,我们就只能从动物界中找了,而能够满足在无氧的条件下生存的动物屈指可数,目前就我知道的仅有两种:
01 水熊
水熊是一种微小的动物,它生活在世界各地的苔藓植物以及潮湿土壤的水膜中,它的体长不足1毫米,使用显微镜才能看到它。从显微镜底下看,水熊就像是一只多足的小怪兽,它有着胖胖的身体,短粗的8条腿以及吸盘式的嘴巴。如下图:
水熊属于动物界缓步动物门异缓步纲下的动物,它之所以被人熟知就是因为它有着“超能力”,那就是“隐生”。隐生简单来说,就是在极端环境下,身体会进入一种“假死”状态,在该状态下,它会将自己体内的水排出然后缩成一团,不需要进行任何的生命活动,一旦环境恢复,它会再次“复活”。
正是拥有如此强大的能力,可以让水熊在缺水、低温、高温、缺氧等极端的环境下依然能够生存,而且根据科学家的研究发现,水熊即使在没有任何保护措施的情况下,可以在太空生存。因此,水熊算是一种在没有氧气的环境下可以生存的动物。但是,这并不代表水熊能一直待在无氧的环境下,根据实验表明,水熊在完全无氧的环境的生存极限为5天左右,超过5天,它就会由“假死”变为“真死”。
02 鲑居尾孢虫
鲑居尾孢虫是一种寄生虫,属于动物界下的粘体动物。它是在今年的2月被以色列特拉维夫大学的科学家发现的新物种。鲑居尾孢虫是一种寄生在鲑鱼体内的寄生虫,它们会将孢子注入到鲑鱼的肉中。那么,它为什么不需要氧气呢?
原因就出在它体内的线粒体上,线粒体是真核生物制造能量和细胞进行有氧呼吸主要场所,但是鲑居尾孢虫则是因为缺少线粒体基因组,所以,它根本就不需要呼吸。
关于它无法呼吸也无法制造能量,身体是如何吸取能量的,到现在仍然是个谜。
总结动物均为真核生物,而真核生物必备的线粒体本身就能够进行有氧呼吸,所以,真核生物的生存才离不开氧气。但是,水熊以其“隐生”的超能力,让自己即使在无氧的环境下都能生存长达5天之久,而鲑居尾孢虫则是直接在进化中抛弃了可以进行有氧呼吸的线粒体,所以,鲑居尾孢虫是真正的且唯一的完全不靠氧气就能长期生存的动物。下图就是鲑居尾孢虫在显微镜下的形态,你看它像什么?
很多微生物不需要氧气就能生存,有没有动物不需要氧气也能生存?
有很多微生物,不需要氧气就能生存,但是动物的话目前没有发现,有的话只有需要很少的氧气就能生存的,如裸鼹鼠。
裸鼹鼠终身生活在地下巢穴,寿命长达30年以上,它们长相丑陋,全身皱巴巴的,眼睛已经退化,靠全身约40根敏感的长毛来触摸隧道壁辨认方向。
裸鼹鼠是一种群居冷血动物,像蜜蜂一样,一个巢穴里有70-300个成员,但仅有一只生崽的“女王”和数只雄性裸鼹鼠来繁殖后代,其余成员主要负责找食物、看娃和守护家园。而保持体温的方式是通过与环境的热交换来调节。
由于长期生活在地下,这种动物已经进化出了只需很少氧气就可以存活,国外有一个实验,一只小白鼠在二氧化碳浓度达到15%出现肺水肿时,而裸鼹鼠在二氧化碳浓度增加到50%时还好好的,即使没有氧气的情况下,仍然可以存活18分钟。
很多微生物不需要氧气就能生存,有没有动物不需要氧气也能生存?
一张寄生在奇努克鲑鱼体内的刺胞囊线虫的光学显微镜图像。
三十亿年前,地球仍为无氧环境。造山运动和火山喷发将吸积在地球内部的大气排出地表,这一过程称为“排气”。排出的气体中,含有79%的水蒸气和12%的二氧化碳。
彼时生活在地球上的蓝细菌必须找到一种依靠二氧化碳、水和阳光生存的方法。长期的环境适应性进化让这些古老的生物不需要氧气也能生活。奇怪的是,我们今天呼吸的氧气正是他们为我们制造的,蓝细菌进行光合作用产生氧气,最终进入到地球的大气层。
蓝细菌的大量繁殖和广泛分布使地球从无氧环境过渡到有氧环境,开启地球生命进化的崭新篇章。厌氧生物被迫进入地球上没有氧气的角落和缝隙,保持简单的单细胞生物形态。
这是一种动物,但没有线粒体这个世界有运行规则,但当有规则时,通常也会有例外。一组科学家发现了一种小型寄生水母——水母的亲戚,不使用氧气来呼吸。他们在2020年2月24日的《美国国家科学院院刊》上发表了他们的发现。
有种动物,名叫亨内吉亚鲑,体内有一种微小的异头寄生虫,有一条长尾巴,以鲑鱼和其他鱼类的肌肉组织为食。这是一种真核生物,真核生物包括大多数肉眼能看到的生物:动物、植物、真菌等。
真核生物的细胞包含了各种奇特的细胞器,而更原始的原核生物却没有其中某些细胞器。其中一种细胞器就是线粒体,这种细胞器有自己的DNA,与生物体的其他部分独立,真核细胞利用线粒体在有氧情况下产生能量。
但是在我们称之为“真核生物”的大群体中,有一些单细胞的非动物物种是厌氧的。他们没有线粒体,但是有科学家称之为“线粒体相关的细胞器”,指甲鱼是第一种具有这种特征的动物。
这一切都很奇怪,但是他们怎么会这样呢?
异常的演化“亨内吉亚的祖先几乎肯定有线粒体,”该研究的合著者斯蒂芬·阿特金森说,他是俄勒冈州立大学微生物系的研究教授,“它所有的近亲都有线粒体,所以向厌氧生活方式的进化和功能性线粒体的丧失似乎只是该物种最近的一次适应——至少就我们目前所知是这样!”
在动物的细胞中,线粒体在多步过程中利用氧气产生化学能。而这种寄生虫只是不得不适应可用氧气非常少的环境。
捕获的感染亨内加亚鲑鱼的鲑鱼
由于不需要线粒体,它失去了至少几个用氧过程部分的遗传指令——例如,亨尼古亚鲑鱼已经失去了线粒体基因组,这是其他动物细胞需要的,因为它们含有用氧的指令。
由于失去基因组,寄生虫不必为不再需要的东西复制基因,从而节省了能量。
没有氧气它怎么生存?我们假设它必须从宿主细胞中吸收与能量生产相关的分子,而宿主细胞已经完成了部分加工过程,因此从宿主那里偷东西是寄生的基础!
像许多重要的发现一样,这一发现完全出乎意料——研究人员希望比较两种小寄生虫的基因组,每次他们试图运行亨内吉亚鲑鱼的基因组时,事情显然非常奇怪。进一步观察,他们发现它的细胞包含一个小的空袋子,里面可能曾经有线粒体。
这一发现扩大了我们对‘动物’的理解,表明即使是复杂的生命也能在无氧环境中进化成功。知道厌氧动物的存在提醒我们,我们必须在其他物种中寻找这一点——也许在厌氧环境中寻找我们以前从未见过的动物。
特别是对于粘粒寄生虫的研究,这意味着我们将从现在开始在其他物种中寻找不寻常或缺失的线粒体,试图发现宿主、组织和环境之间的联系,这些联系会导致线粒体功能丧失,从而利用厌氧代谢。
这些寄生虫厌氧机制的发现也为治疗开辟了一条新的途径,因为特定的药物已经被用于针对其他厌氧寄生虫。
知识拓展另外两种失去线粒体的真核生物是贾第鞭毛虫,一种肠道寄生虫,以及引起性传播感染滴虫病的寄生虫,或称为阴道毛滴虫的“trich”。
很多微生物不需要氧气就能生存,有没有动物不需要氧气也能生存?
肠道寄生虫基本都是厌氧的。
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