原生生物:共有的特征和奇妙的多樣性
你可能聽說過植物、動(dòng)物和真菌,這些是我們生活中常見的真核生物,也就是細(xì)胞內(nèi)有核的生物。
但是你知道嗎,除了這三大類,還有一些真核生物,它們既不屬于植物,也不屬于動(dòng)物,也不屬于真菌,它們就是原生生物(protista)。
值得注意的是,國(guó)內(nèi)外不少動(dòng)物學(xué)參考書雖然遵循慣例把“原生生物”稱為“原生動(dòng)物”,但一般都會(huì)在內(nèi)文中進(jìn)行說明。
2016年出版的相關(guān)教材可能是國(guó)內(nèi)最后一版直接稱“原生動(dòng)物”的專業(yè)圖書了
via 科學(xué)出版社
原生生物是一種非常古老和多樣的生物,它們的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,多為單細(xì)胞,有些有聚落和集群特征,但沒有典型的組織和胞間聯(lián)系。
經(jīng)典動(dòng)物學(xué)認(rèn)為它們這些單細(xì)胞真核生物,是由原核生物演化而來的,他們也被看作是保留了所有真核生物的共同祖先的一些特征。
現(xiàn)生生物系統(tǒng)發(fā)生示意圖
by Maulucioni and Doridí on Wikimedia
絕大部分原生生物主要生活在水中,其中有些可以進(jìn)行光合作用,有些可以捕食其他生物,有些可以寄生,并引起人類的一些疾病,但也有些可以與其他生物共生和互惠,原生生物的世界可稱得上是一個(gè)充滿奇妙關(guān)系的世界。
那么,原生生物有哪些特征呢?原生生物有哪些分類呢?原生生物在生態(tài)系統(tǒng)中有什么作用呢?今天,我們就來一起探索一下原生生物的剪不斷理還亂的各種關(guān)系。
原生生物的特征
原生生物被認(rèn)為是真核生物中最低等的,它們的細(xì)胞有原生質(zhì)膜,有的外面還有一層胞外物質(zhì),如細(xì)胞壁、外殼、骨架等。
原生生物的運(yùn)動(dòng)方式也很多樣,有些有鞭毛或偽足,有些有纖毛,有些可以整體進(jìn)行變形或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
大部分是原生生物(注意紅藻和綠藻屬于“原始色素體生物”但不屬于“原生生物”) via Wikimedia
原生生物的營(yíng)養(yǎng)方式也很多樣,有些是光能自養(yǎng)型,有些是光能兼性異養(yǎng)型,有些在不同情況下營(yíng)養(yǎng)方式不同,可以看作是混合營(yíng)養(yǎng)型。
原生生物的攝食方式也很多樣,有些通過相對(duì)固定的胞口攝食,有些通過偽足吞噬,有些通過胞飲。介質(zhì)誘導(dǎo)類內(nèi)吞則多出現(xiàn)在原生生物的識(shí)別等其他生理過程中。
不同類型的內(nèi)吞作用(Endocytosis)
by Mariana Ruiz Villarreal
原生生物依據(jù)不同類群和不同排泄物質(zhì),其排泄方式也有不同,有些通過伸縮泡的伸縮活動(dòng),有些則主要依靠自由擴(kuò)散。
原生生物雖然沒有細(xì)胞分化,但為了執(zhí)行各種生物學(xué)功能,它們的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、變異多樣,反映了它們的演化歷史和適應(yīng)環(huán)境的能力。
原生生物是從原始的真核生物祖先發(fā)展而來的,也具有現(xiàn)代的植物、真菌和動(dòng)物祖先的特征。
原生生物的分類
原生生物的分類是一個(gè)非常復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的問題,因?yàn)樵锸且粋€(gè)并系群,也就是說,它們并不是一個(gè)自然的分類單元,而是一些不同的類群的集合,它們之間的關(guān)系還不清楚。
過去,原生生物的分類是基于它們的形態(tài)和生理特征,比如有沒有細(xì)胞壁,有沒有葉綠體,有沒有鞭毛等,這樣的分類方法很不科學(xué),因?yàn)樗鼈兒雎粤嗽锏难莼P(guān)系。之后,原生生物的分類是基于它們的分子和基因特征。
近期,原生生物的分類結(jié)合了經(jīng)典表型和基因序列證據(jù),這樣的分類方法更加科學(xué),因?yàn)樗鼈兎从沉嗽锸苓x擇和演化的歷史。
2020年的真核生物關(guān)系示意圖,注意“古蟲類”被圈出
by Fabien Burki, Andrew J.Roger, Matthew W.Brown, Alastair G.B.Simpson on Cell
目前,原生生物的分類仍然沒有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論,不同的學(xué)者有不同的觀點(diǎn)和方法,但是在經(jīng)典分類方法中有一些相對(duì)大家比較接受或者有利于生產(chǎn)生活實(shí)踐的分類方案。
開動(dòng)在這里揀選幾個(gè)經(jīng)典分類的類群,其中的劃分目前還有較大爭(zhēng)議,請(qǐng)大家注意。
原始色素體生物(Archaeplastida)
原始色素體生物就是所謂的“原始質(zhì)體生物”,顧名思義,是一個(gè)包含原生生物、部分藻類和其他植物的群體,經(jīng)典研究認(rèn)為是單系群,這個(gè)似乎很好理解,但其中的成員爭(zhēng)議越來越大。
目前,這些生物構(gòu)成了哲學(xué)意義上的“泛植物”,包括灰胞藻、紅藻和現(xiàn)在廣布的綠色植物的祖先,它們是具有色素體的生物,可以進(jìn)行光合作用,是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者。
灰胞藻
by NEON from Kanazawa, Ishikawa Pref., Japan
不等鞭毛類(Heterokonta)
該類群的成員基本上屬于原來的不等鞭毛門,包括褐藻、硅藻、黃藻、卵菌等,它們的細(xì)胞有兩根不同長(zhǎng)度的鞭毛。
其中不少種類可以進(jìn)行光合作用,有些可以捕食或分解有機(jī)物,是水生生態(tài)系統(tǒng)中的重要成員。
臭名昭著的馬鈴薯晚疫病(Phytophthora infestans)病原體
屬于其中的卵菌綱(Oomycetes),俗稱水霉 (water mold)
by Matteo Garbelotto, UC Berkeley, Edwin R. Florance, Lewis & Clark College and the USDA
囊泡蟲類(Alveolata)
它們就是俗稱的囊泡蟲(和囊泡藻),包括頂復(fù)門、纖毛蟲門、色蟲門和雙鞭毛蟲門等。
顧名思義,囊泡蟲的細(xì)胞有一層囊泡。它們有些可以進(jìn)行光合作用,有些可以捕食或寄生,是水生生態(tài)系統(tǒng)中的重要成員。
紅細(xì)胞中的瘧原蟲 by Dr Graham Beards
瘧原蟲(屬,Plasmodium)是一類寄生性的囊泡蟲
隱藻類(Cryptophyta)
它們與原始色素體生物的關(guān)系一直有較大爭(zhēng)議,近期的研究通常認(rèn)為隱藻類是原始色素體生物的一類成員。
隱藻的細(xì)胞有兩根鞭毛和色素體,可以進(jìn)行光合作用,也可以吞噬其他生物。
有趣的是,隱藻中存在一種內(nèi)共生關(guān)系,即紅藻寄生于隱藻門的細(xì)胞中,為它們提供藻紅素。
掃描電鏡下的隱藻 via CSIRO
眼蟲門(Euglenozoa)
這是一類著名的教學(xué)生物,包括眼蟲和動(dòng)質(zhì)體兩個(gè)門,它們的細(xì)胞有兼具葉綠素和眼點(diǎn)。
眼蟲之所以被稱為“眼蟲”是因?yàn)閹в醒埸c(diǎn)結(jié)構(gòu),而不是鏡下看起來像是眼睛。
眼蟲門生物有些可以進(jìn)行光合作用,有些可以捕食或寄生,是水生生態(tài)系統(tǒng)中的重要成員。
兩只眼蟲 by Stjepo on Wikimedia
黏菌(粘菌)門(Mycetozoa)
黏菌是最近幾年的網(wǎng)紅原生生物,它們其實(shí)包括漿菌、網(wǎng)菌和粘菌。
黏菌門生物的細(xì)胞沒有細(xì)胞壁,可以變形和運(yùn)動(dòng),它們具有變形蟲狀的身體構(gòu)造,它們還具有釋放孢子的子實(shí)體。黏菌一般可以分解有機(jī)物,是陸生生態(tài)系統(tǒng)中的分解者。
煤絨粘菌(Fuligo septica) by Siga on Wikimedia
原生生物分類的選讀內(nèi)容*
幾個(gè)類群的劃分是基于生產(chǎn)生活實(shí)踐的,有的是故意的,有的是不小心的。
其中,有些一開始被認(rèn)為是單系群,也就是說,它們包括由一個(gè)共同祖先及其演化而來所有后代的,比如原始色素體生物、不等鞭毛類和隱藻類;有些早就知道是并系群,也就是說,它們是由多個(gè)不同祖先演化而來的,或者后代種類包含不全,比如囊泡蟲類;有些是多系群,簡(jiǎn)單地說就是說它們的劃分不包含共同祖先,是由多個(gè)不同的單系群組合而成的,比如粘菌類。
由于多系群和并系群的定義接近并有重合,除了專門考據(jù)之外,現(xiàn)在一般統(tǒng)一使用并系的說法。
原生生物的分類還在不斷地更新和修正,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,我們會(huì)對(duì)原生生物的演化關(guān)系有更深入的了解,也會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的新的原生生物,原生生物的分類就是一個(gè)充滿變化和發(fā)現(xiàn)的世界。
原生生物的生態(tài)
原生生物在生態(tài)系統(tǒng)中有著重要的作用,它們是水生和陸生生態(tài)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)生物,也是其他生物的食物來源和共生伙伴。
藍(lán)藻不是真核生物,所以不屬于“原生生物”
原生生物中有很多可以進(jìn)行光合作用的生物,如各種“藻”類,它們可以利用太陽能和二氧化碳制造有機(jī)物,同時(shí)釋放氧氣,是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者,為其他生物提供能量和物質(zhì)。
黏菌進(jìn)食(延時(shí)攝影) via Popular Mechanics
原生生物中也有很多可以捕食或分解有機(jī)物的生物,如纖毛蟲、粘菌等。
它們可以利用有機(jī)物作為能量和物質(zhì)的來源,同時(shí)釋放二氧化碳和其他物質(zhì),是生態(tài)系統(tǒng)中的消費(fèi)者和分解者,為其他生物提供營(yíng)養(yǎng)和循環(huán)。原生生物的這些作用,維持了生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。
原生生物中也有很多可以與其他生物共生或互惠的生物,如雙鞭毛蟲等,它們可以與其他生物建立一種互利的關(guān)系,互相提供一些有益的東西,如營(yíng)養(yǎng)、防御等。原生生物的這些作用,增加了生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性。
賈第蟲就常備劃分為上文提到的“古蟲”
藍(lán)氏賈第鞭毛蟲(Giardia lamblia) via CDC
原生生物中也有很多可以影響我們?nèi)祟惖纳铮绡懺x、賈第蟲(屬)等。
它們可以寄生在人類的身體內(nèi),引起一些嚴(yán)重的疾病,如瘧疾、賈第蟲病等。原生生物的這些負(fù)面影響,威脅了我們的健康,在某些時(shí)期和環(huán)境中甚至影響力了我們的生存。
結(jié)語
原生生物,具有相對(duì)一致的特征和多種多樣的適應(yīng),它們稱得上是生命的活化石和多樣性的活見證。
赫克爾(Ernst Haeckel)的生命之樹(可滾動(dòng))
原生生物奇妙的多樣性使它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中有著重要的作用。它們是我們需要了解和研究的生物,也是我們的良師益友。讓我們一起欣賞和探索原生生物的世界吧!
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