宿便能攢4年,這個大蟲子因為排便火了
2020年07月10日11:36

  來源:中國科普博覽

  吃喝拉撒是生命為維持新陳代謝而進行的基本活動,但誰能想到,在日本,一隻蟲卻因為排便登上了新聞頭條。

  5月25日,日本三重縣水族館飼養的一隻大王具足蟲時隔兩年再次發生了排便,根據糞便中所含有的鱗片,可以確認排出的糞便來源並非是水族館的飼料,而是入館前的食物。三重縣水族館目前存活的5只大王具足蟲,最早引進於2007年,最晚入館的是2016年引進的 “27號”和“28號”。雖然不知道具體是哪只排出的糞便,但可以確定的是,這些宿便,至少已經在它們的肚子裡呆了四年。

大王具足蟲時隔兩年排出的糞便中檢查出的未消化的魚的鱗片,來源:日本三重縣鳥羽水族館
大王具足蟲時隔兩年排出的糞便中檢查出的未消化的魚的鱗片,來源:日本三重縣鳥羽水族館

  還有更震驚的,2014年,該館的大王具足蟲“1號”絕食5年零43天后死亡,是目前已知絕食時間最長的動物之一。重點是,經過解剖,發現它的胃部組織正常,也就說它並不是被餓死的,而是正常衰老死亡。

  宿便能攢四年,還能持續五年時間不吃不喝,大王具足蟲到底是什麼樣的存在?

  拉屎都能火的大王具足蟲長這樣

2014年絕食5年死亡的大王具足蟲“1號”(圖片來源: 日本新聞網NNN)
2014年絕食5年死亡的大王具足蟲“1號”(圖片來源: 日本新聞網NNN)

  大王具足蟲是世界上最大的等足目動物,生活在墨西哥灣和西大西洋等深海海域海底(200~2500米),體長一般在19-36cm左右。過去發現的最大的大王具足蟲,體長達到76cm,重約1.7kg。

一隻體型巨大的大王具足蟲與小貓的對比(圖片來自沼津港深海水族館)
一隻體型巨大的大王具足蟲與小貓的對比(圖片來自沼津港深海水族館)

  聽到大王具足蟲這個名字,大家都會以為它是昆蟲類生物,而實際上它是一種甲殼類動物,屬於等足目的大王具足蟲身體扁平對稱,有2對對稱的觸角和7對對稱的步足。與它一樣同屬等足類動物的還有我們生活中常見的是潮蟲(俗稱糰子蟲,西瓜蟲)。

等足目中最常見的潮蟲,體長14mm左右 圖片來源:https://www.insects.jp/kon-warajiokadango.htm
等足目中最常見的潮蟲,體長14mm左右 圖片來源:https://www.insects.jp/kon-warajiokadango.htm

  大王具足蟲的步足,不僅可以用來走路,還可以用來游泳。由於它們生活在深海,人類對它們的研究和瞭解並不多。目前已知的是,大王具足蟲是雜食性動物,它們的食物包括大型魚類、鯨魚的殘骸,以及一些弱小的生命和有機物等。

  在深海的特殊環境下,食物並不充足,因此它們形成了少食、能耐饑餓的行為模式。這樣的少食、絕食如何維持他們龐大的身體呢?科學家們認為,這是由於他們代謝非常緩慢,在水族館的大王具足蟲通常會一動不動地呆上數日,可想它們為了減慢代謝是多麼耐得住寂寞。但是如此少的食物,怎樣形成它巨大的體型,至今仍然未解。要瞭解大王具足蟲的代謝為何如此緩慢,首先要知道一個定律。

日本三重縣水族館2013年7月引入的12號大王具足蟲入館後第一年排出的糞便中所含有的食物,包括魚的骨骼,鱗片,紙片等等。 圖片來源:日本三重縣鳥羽水族館
日本三重縣水族館2013年7月引入的12號大王具足蟲入館後第一年排出的糞便中所含有的食物,包括魚的骨骼,鱗片,紙片等等。 圖片來源:日本三重縣鳥羽水族館

  克萊伯定律——揭秘體重和代謝的親“冪”關係

  代謝 (Metabolism)是新陳代謝的簡稱,是生物體為了維持生命,在細胞、組織、器官中所發生的利用外界獲取的無機物和有機物進行的一系列化學反應。

  代謝可以分為兩類,一類是異化(分解),是將物質分解產生能量的過程,例如細胞呼吸。另一類是同化(合成),是使用能量合成物質的過程,如蛋白質,核酸,多糖和脂質的合成。

  不同種類的生物有著完全不同的代謝能力,但代謝速率遵循一定的規律。

  成年人處於絕對休息狀態時,在20ºC的室溫下,每千克體重每小時可燃燒約1卡路里熱量。但是,在同一情況下,大象每千克每小時僅燃燒1/2卡路里,而體型更小的老鼠單位體重卻會燃燒70卡路里。這種單位體重代謝速率隨著動物體重增加而發生的變化被總結為克萊伯定律。

  克萊伯定律提出於1947年,是生物學界最普遍的規則之一,從小鼠到鯨魚,甚至肉眼不可見的原生動物都遵循克萊伯定律。

  詳細來說就是,生物的代謝速率和體重的3/4次冪呈正比,單位時間所消耗的能量隨著體重增加而增加,但單位體重所消耗的能量則隨著體重的增加而相對減少,也即,體重越大,每千克體重每小時的代謝越慢。

修正後的克萊伯定律(注意坐標是指數)來源:https://medicalxpress.com/news/2018-02-base-metabolism-varies-mass.html
修正後的克萊伯定律(注意坐標是指數)來源:https://medicalxpress.com/news/2018-02-base-metabolism-varies-mass.html

  大部分生物符合這個正常的基礎代謝規律,但有少數種群存在一定偏離。2006年1月26日《自然》雜誌上有一篇文章就指出,在對涉及43類總共500種並且覆蓋6個大小數量級的植物進行研究後發現,3/4冪律在陸生動物中準確性非常高,鳥類的冪律數據大約是2/3,而植物重量與代謝率的比例關係接近於1。

  克萊伯定律背後的原理是:體重不同,細胞的代謝速率有差異。基礎代謝包括被動式的熱量散發(如從皮膚散發的熱量),然而更重要的是維持體內細胞的最低能耗。將哺乳動物的細胞在培養皿中進行培養時發現,當培養基中的營養物質(可以看做是營養,飼料,氧氣等)充足時,每個細胞的代謝速度完全相同。

  那是不是說哺乳動物不管體重大小,細胞的代謝速率都是相同的呢?

  答案是否定的,這是因為要維持細胞的基礎代謝,身體必須將營養物質運輸到每個細胞,而根據動物的體重不同,營養物質的輸運速度也不同。生物的體重體型越大,通過微血管或者微導管到達個體細胞的代謝物質就越慢。因此,隨著物種體重的增加,單個細胞的代謝速率也逐漸趨緩。

  但是大王具足蟲看著也不大,按照克萊伯定律,它的代謝應該挺快,為什麼它的代謝會如此緩慢呢?

2013年入館的三重縣水族館大王具足蟲12號,來源:日本三重縣鳥羽水族館
2013年入館的三重縣水族館大王具足蟲12號,來源:日本三重縣鳥羽水族館

  代謝快?可能是你所處的環境不對

  生物的基礎代謝除了與體重有關以外,環境的影響也至關重要。

  陸地生物的代謝容易受到氣溫的影響,氣溫越低,基礎代謝也就越慢。而陸地上的植物和微生物的代謝則會受到其所處環境資源供給能力的製約。

  例如,地球變暖正在導致至少包括植物和植食性生物在內的多種生物代謝過程發生變化。當大氣中二氧化碳濃度增加,植物的光合作用加強,因此植物的根和莖以及葉子的比例增加。這直接導致植物代謝速度被動加快,又繼而引起碳和氮等代謝產物的排放加劇。

  對以植物為生的生物來說,這一變化意味著食物質量發生惡化(因為植物體內的養分流失更快了),但動物在短期內可能還意識不到這一點,並保持一直以來的食量,吃的一樣多但攝入的養分卻在減少。為了保證機體的正常運轉,植食性生物的營養代謝速度將因此而變得低下。

陸生水生動物之間相互依賴的生物鏈系統來源:https://www.daikin.co.jp/csr/shiretoko/01_01.html
陸生水生動物之間相互依賴的生物鏈系統來源:https://www.daikin.co.jp/csr/shiretoko/01_01.html

  與陸地生物相似,水生生物的代謝速率也會受到環境中的溫度、營養物質的影響,如水域中碳、氮和磷元素的比例,水質營養成分的配比會影響水生生物的呼吸速度。另外還與競爭者、食物、捕食者之間的相互作用有一定的聯繫。

  科學家們推測,大王具足蟲之所以代謝緩慢,是由於生活在365-730米深度的海域,這些深海區域有著極大的壓強,且溫度可以低至4攝氏度。另外,大洋深處食物匱乏,它的身體為了適應環境而進化出了緩慢代謝的特徵。這或許就是大自然的神奇之處,無論多麼奇怪的現象,在大自然中都有可能發生。

  對於人類來說,指望像大王具足蟲一樣“凍結時間”並不現實,畢竟,即便你可能會想像大王具足蟲一樣在五年時間里可以不吃不喝,但是你肯定不想像它一樣宿便四年甚至更久吧。

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