自然常青推文：
一个细胞的战斗
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史学文 自然常青 1周前
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“中国驴友徒步穿越非洲时感染新冠”的新闻登上微博热搜。而在此前，事件的主人公鲁佳斌还曾两次不顾大使馆劝阻，在偷渡至布基纳法索后染上了疟疾，一度病情严重，在得到大使馆的帮助以及当地医院的治疗后，病情才得到控制。 截图自鲁佳斌微博 这位奇葩驴友能够从疟疾手中死里逃生，依靠的是人类几千年同疟疾作战的经验。早在公元前2700年，中国就有关于疟疾引起的独特的周期性发烧的历史记载；英国著名历史学家卡特赖特的著作《疾病改变历史》一书中也曾提到，公元前1世纪，疟疾在古罗马的低湿地区大流行，几年过去，整个地区都哀鸿遍野，土地荒芜，疟疾成为了人们避之不及的恐怖阴影。罗马帝国最终崩溃很有可能就是因为疟疾肆虐。 在经历了几千年的与疟疾的血泪抗争之后，1880年，人类在疟疾研究上取得重大进展：法国军医夏尔 · 路易 · 阿方斯 · 拉韦朗在阿尔及利亚君士坦丁首次发现疟疾感染者的红血球里有寄生虫，于是他提出这种寄生虫是导致疟疾的生物，这是人类发现的第一种致病的原生生物（Protozoan），这项发现也使他获得1907年诺贝尔生理学或医学奖。 疟原虫的孢子体 Image by Ute Frevert;false color by Margaret Shear 这种寄生虫即是疟原虫（Plasmodium），为原生动物门孢子纲的一种代表性动物。 原生动物，是单细胞动物或形成单细胞群体，为动物界中最原始和最简单的类群，个体微小，外形结构、营养方式及生殖方式等多样化。其胞质内除了具有内质网、高尔基体、线粒体等一般动物细胞的细胞器外，还分化形成了类似高等动物器官的特殊细胞器来执行各种功能，如鞭毛、纤毛或伪足为运动细胞器；胞口、胞咽和胞肛等为消化细胞器；伸缩泡为排泄细胞器。各种细胞器互相联系，功能上协调一致，使单细胞生物成为一个统一的有机体。 原生动物的分类尚有争议，但其中的四个类群相对固定： 疟原虫所在的孢子纲全部营寄生生活，没有运动细胞器，或在生活史的一定阶段以鞭毛或伪足为运动细胞器。一只小小的疟原虫，何以在只有一个细胞的情况下征战四方、所向披靡？ 英国医师罗纳德·罗斯因为发现疟疾是经由蚊子传染 而获得1902年诺贝尔生理医学奖 原来，人类并不是疟原虫唯一的宿主：雌疟蚊是疟原虫的最终宿主兼传播媒介。 以最常见的间日疟原虫为例：雌按蚊为终末宿主，人为中间宿主。当被间日疟原虫感染的雌按蚊叮人时，其唾液中疟原虫的长梭形孢子随唾液进入人体后，经血液循环侵人肝细胞内生长繁殖，成熟后又侵入纤细胞内繁殖，使红细胞大量破裂而发病。患者的症状为间日发冷发热，俗称“打摆子”。 一只刚吸完人血的斯氏疟蚊 （Anopheles stephensi） 有了疟蚊的“协助”，疟原虫得以四处征战。除此之外，其自身也会根据所处环境和生长状况不停地发生各种生理状态的变化，形成了较为复杂的生活史：经历在人体中进行的裂体生殖、在人体中开始和在雌按蚊胃中完成的配子生殖以及在雌按蚊中进行的孢子生殖三个时期。 疟原虫生活史 草履虫（Paramecium cauratum），属原生动物门纤毛纲。其身体呈圆筒形，前端较圆，中后部较宽，后端较尖，平面看形状像倒置的草鞋，故名草履虫。 （Paramecium cauratum） 其具有许多典型的特化细胞器，例如：两个细胞核，一个大核控制新陈代谢和生长，一个小细胞核主要是负责遗传和生殖；两个伸缩泡交互收缩用以调节体内的水分；丝细胞生长在纤毛之间，多含毒素，用以御敌；纤毛布满全身，通过摆动推动身体前进；口沟、胞口、胞咽、食物泡和胞肛等为营养细胞器，帮助摄食与消化。 草履虫的生殖方式有两种，分别为横二分裂的无性生殖和接合生殖的有性生殖。 嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila），属原生动物纤毛纲。四膜虫的细胞表面从头至尾平行分布有20列左右的纤毛，在“头顶”还有四个纤毛密集分布的区域，看起来很像有四列“膜”，因此得名四膜虫。 嗜热四膜虫扫描电镜照片 Aaron J Bell / faculty.jsd.claremont.edu 作为单细胞真核模式生物，四膜虫具有纤毛虫所特有的双元核特性，即同一个细胞里同时有负责生殖的小核（5对染色体）和负责营养的大核；具有独特的有性生殖形式，即接合生殖（不同交配型之间接合后交换和更新遗传物质）。 四膜虫的生殖方式 左侧为分裂增殖，右侧为接合生殖 此外，四膜虫可以像普通的细胞一样，借助无菌培养，短期内即可获得大量的克隆个体。更为重要的是，其遗传信息本底清楚、具有成熟的基因操作技术。这些优点和特点，使其成为分子生物学、细胞生物学和遗传学等领域重要的模式物种。 （Tetrahymena thermophila） 人类以四膜虫为材料开展的研究迄今取得了多项重要成果：有关核酶和端粒酶的研究分别获得了1989年诺贝尔化学奖和2009年度的诺贝尔生理和医学奖。此外，人们还在四膜虫中发现了第一个动力蛋白、最早报道了小RNA调控机制（2002年Science 年度科学进展）以及完成了表观遗传学奠基性成果：组蛋白乙酰化酶的纯化和功能刻画。 肉足纲的代表动物为变形虫，首先在1757年由德国自然学家奥古斯都·冯·卢森霍夫在显微镜下观察到。早期自然学家因其能改变身体形状，故用希腊神话中可以变形的普罗透斯（Proteus）的名字将其命名为Proteus animalcule，后来法国自然学家简·文森特用希腊文中的“变”（amoibè (αμοιβή））命名其为"amibe"。 （Amoeba） 其结构简单，细胞器和细胞质都包裹在细胞膜中，没有固定的形状，能在全身各处伸出伪足来运动和摄食。当它碰到食物时会伸出伪足进行包围，然后分泌消化酶将食物消化。不能消化的物质会通过质膜排出体外，称排遗。伸缩泡作用是排出变形虫体内过多水分，保持渗透压平衡；食物泡的功能则是储存和消化食物养分。 其繁殖方式主要借由有丝分裂和细胞质分裂，而非像一般细菌那样进行二分裂生殖。遗传功能由细胞核负责，如果变形虫被切成两半，则保有细胞核的一半能长成一个完整的变形虫，另一半会死去。 鞭毛纲动物以鞭毛为运动器，这类生物部分类群具有色素体，能进行光合作用，自己制造食物，为植物性营养方式，因此一些植物学家认为这部分类群属于植物，并将其归入到褐藻门里（所以，植物学也要学习鞭毛纲动物）。还有一些通过体表渗透吸收周围溶解状态的物质，为腐生性营养，其余的则为吞食食物颗粒的动物性营养方式。由于它们营养方式及生殖方式的原始性和多样性，一般认为鞭毛纲是最原始的原生的动物，是动物和植物的共同祖先。 鞭毛纲最具代表的动物为绿眼虫（Euglena viridis）。体外表膜具细的斜纹，通常因含大量卵圆形的叶绿体而呈绿色。梭形，中间宽，两段窄。后段较尖，前端圆。细胞内含眼点、光感受器、伸缩泡等细胞器。身体后段中间位置有一个球形细胞核。 （Euglena） 和其他大部分绿色植物一样，绿眼虫可以进行光合作用。但与其它大部分植物不同的是，绿眼虫可以用自己鞭毛的来回摆动或旋转激动水流使自己运动起来，它的光感受器可以使它向光度较强的地方运动。如果没有光，它可以通过体表吸收溶解于水中的有机物来获得所需营养。 眼虫春夏季节常在有机质较多的污水内大量繁殖,使水成为绿色。绿眼虫可作为检测有机物污染环境的生物指标。 原生动物个体微小，多数都需要在显微镜下才能观察到。但是，原生动物在地球上分布却极其广泛，从江河湖海到山泉溪流，从冰山极地到盐池土壤，从苔藓树叶上的水珠到其它动物的粘液血液，凡是有水的地方，几乎都有原生生物的存在。即使在没有水滴的空气中，原生动物的包囊也依然存在，各种生物在活动时也都能传播原生生物。因此，可以说原生动物无处不在。 模式生物四膜虫 （Tetrahymena sp.） 作为动物界中最低级、最原始、最简单的一类动物，它们不仅能够正常的生存与繁殖，实现自己一生的征途，还能对人类产生巨大影响：原生动物的一些自身特点，使其成为科学研究的好材料，在生态学、环境科学、分子遗传学、细胞生物学等多个领域被广泛应用，具有重要的科研价值。同时在污水的生物治理，一些生命现象及其机理研究方面也有着深远的意义。希望这些生物能够得到人们更多的重视，使其在诸多领域中发挥出更大的作用及价值，得到更广泛的应用。 文稿：生师1801史学文 编辑：生师1801史学文 审核：张振国
