不服输的生命

大自然教会了人们很多。最近，《科学》杂志讨论了动物、植物和细菌如何利用不同的灵活策略来应对稀缺资源、捕食者和其他挑战。

重生的诅咒

人类应该嫉妒火蜥蜴。人体的再生能力是有限的:骨折和伤口愈合，大多数肝脏可以再生，但仅此而已。然而，一种被称为“墨西哥活鱼”的大型蝾螈看起来像一条20厘米长的腿鳗鱼，可以再生所有的四肢，甚至尾巴，这意味着它可以再生脊髓、脊椎和肌肉。

大约30个研究小组正在探索火蜥蜴是如何做到这一点的。

研究人员发现，蝾螈的不同组织可以合作检测肢体缺失并协调再生。在这个过程中，动物可以激活胚胎发育过程中形成结构的基因通路，导致干细胞分化。

在动物界，蝾螈只是具有再生能力的动物之一。日本三角涡虫有更强的恢复能力——它在失去90%的身体后仍能恢复。这种2厘米长的水生生物的一小部分可以再生大脑、皮肤、肠道和所有其他功能器官。

同样，干细胞是关键，一组活跃在日本三角涡虫肌肉中的特殊基因会告诉这些干细胞做什么，并在正确的时间激活正确的细胞生长和分化。因此，真正的涡虫几乎可以从头开始再生，而蝾螈只有在主体保持完整时才能再生。

今年，研究人员对这两个物种的基因组进行了测序，并进一步研究了它们再生能力背后的分子。最终的希望是有一天，受伤的人类能够进行同样的修复。

为了生存而窃取基因

想象一个住院的癌症患者患有严重的肺部感染。当强力抗生素不断进入病人体内时，肺炎杆菌似乎注定要失败。但是它可以部署一个花费数十亿年的恢复策略:从另一个细胞借用一个基因来保持病原体存活。

当环境改变时，有机体要么适应要么死亡。肺炎球菌和其他细菌通过从其他地方获取基因加速了适应过程。这种水平的基因转移赋予了这些细菌新的特征——从奶酪的旺盛生长到抗生素耐药性。

研究人员认为，肺炎杆菌从另一种不明细菌中获得了破坏抗生素的基因blaKPC。携带这种基因的肺炎球菌产生一种酶，可以分解几种抗生素。

像自然界中的许多恢复策略一样，窃取基因是有代价的。有时微生物吸收有害基因而不是有益基因。正如篮球队刚刚招募了一名新队员一样，从获得的基因中产生的蛋白质可能与细胞中的其他蛋白质不匹配。不幸的是，肺炎球菌的策略对患者非常有效:这些细菌杀死了40%到70%的感染者。

▲松鼠应急储备

在南达科他州的草原上，地松鼠会疯狂地吃东西来迎接冬天。当松鼠冬眠时，由于额外的脂肪，它的重量会增加40%。

在干旱、迁徙、寒冬等挑战中，生物往往面临资源匮乏的困境。为了解决这个问题，松鼠像许多其他生物一样，储存资源以备将来使用。一天之内，它的种子、蚱蜢和其他美味菜肴的重量会增加2%以上。

但是这种策略也有它的缺点。一只粗壮的啮齿动物更有可能成为鹰或鬣狗的猎物。此外，这些应急储备将提前耗尽。因此，一旦松鼠长得足够胖，它就会进入冬眠，减少90%的能量消耗。此时，它的体温下降到略高于冰点，心率下降到每分钟5次，低于正常的350到400次。

脂肪积累需要新陈代谢和行为调整。然而，松鼠在某种程度上避免了困扰肥胖人群的健康问题。尽管它出现了2型糖尿病的一些代谢缺陷，但它并没有生病。春天，松鼠会变得又瘦又壮，准备再次开始循环。

植物也能战斗

与有腿的人不同，植物无法逃脱它们不喜欢的东西——但它们在受到攻击时表现出非凡的韧性。野生烟草植物是北美的一种1米高的植物，可以保护自己免受饥饿昆虫的侵害。

这种植物能够感知毛虫唾液中的氨基酸化合物，并发出警报信号——也就是说，来自其茎和叶的水压或电脉冲。几分钟内，植物细胞将加速尼古丁的产生，尼古丁是一种干扰动物肌肉功能的毒素。

当受到攻击时，一片野生烟草可以产生相当于半包香烟的尼古丁。但是一些毛虫，如蛾子，已经进化出一种让毒素通过肠道但不吸收它们的方法，迫使野生烟草采取新的措施。这些植物可以产生阻碍消化和使毛虫变暗的化合物，以及破坏攻击者口器的研磨物质。

与此同时，这种植物还可以通过散发气味来吸引毛虫捕食者，然后发出化学信号来引导这些捕食者捕捉已经行动迟缓的猎物。此外，被困住的植物可以改变它们的资源，推迟开花和生长，直到毛虫消失。令人惊讶的是，所有这些都不是由植物的中枢大脑决定的，而是由散布在植物各处的决策细胞决定的。

▲鱼可以转换性别

鱼是繁殖适应力的大师。一生中，大约有450种鱼可以通过改变性别来最大限度地繁殖后代。

鱼通过荷尔蒙的变化从一种性别转换到另一种性别。性别转换的模式因物种而异。较大的雌性比较小的雌性产生更多的卵，所以对于某些物种，如小丑鱼，最好在生命的早期阶段成为雄性，然后成为雌性。然而，对于一些鱼来说，雄性会为了雌性或领地而相互竞争，比如石斑鱼、鲷鱼和多刺鬣狗。雄性体型小意味着它没有后代。因此，雌鱼是这些鱼在婴儿期的首选。

现在，这种古老的策略使得像鲷鱼这样的鱼能够适应现代的挑战，这也扰乱了性别平衡:过度捕捞。渔民喜欢捕捉更大的鱼。因为一种性别通常比另一种性别大，所以更容易被抓住。但是研究人员发现鲷鱼已经准备好了。

为了让雄鱼不要太大，有些雌鱼会较早发生性别变化，所以性别平衡得以保持。然而，研究人员表示，这只是一个短期策略，而不是长期解决方案。这一趋势也意味着海鲷后代数量的减少。

无论如何，这种弹性策略使鱼能够繁殖，但它们不能完全靠自己来拯救自己。

(唐毅宸编译)

《中国科学报》(2018-015，第三版国际版)