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第四章 物质与生命的界限（第2页）

捕蝇草拥有最富动感的反射诱捕机制，它们主要以甲虫、蜘蛛、蚂蚁和蝗虫为食。这种植物的表面有很多小洞，允许小型飞行昆虫逃跑，因为小型动物所含的营养物不足以补充捕猎时耗费的能量。捕蝇草张开时，陷阱的裂片凸起，用看似多汁的粉红色果肉引诱昆虫。当表面的细毛受到刺激，陷阱便会关闭，形成一个凹面囚笼，如果猎物挣扎，裂片便会将它们夹得更紧。封闭的陷阱好似一个胃，慢慢消化猎物。维纳斯捕蝇草偶尔也会捕食青蛙等体型较大的猎物。

捕蝇草的细小绒毛被碰触两次，便会“啪”地一声突然关闭，遇到虫子时候所需时间可以达到0。1秒，或者更短。食虫草大部分营养依靠的是吃动物，而不是本身的依靠叶绿素或者土壤里的营养。

茅膏菜对小虫有反映，但是却对水滴视而不见，即便是从极高的地方落下的水滴也是如此。经过多年研究，亚拉巴马州奥克伍德大学的亚历山大·沃尔科夫认为自己破解了捕蝇草的秘密：“这是株电动植物。”昆虫蹭上捕蝇草叶子的一根绒毛时，这一动作就产生一枚电荷，电荷在叶面组织内聚集，但还不足以激发其闭合，如此一来就可避免捕蝇草对雨滴之类的假警报发生反应。而运动中的昆虫则很有可能再次触动另一根绒毛，从而增加电荷量，导致叶面关闭。

狸藻能够开出可爱的小黄花并伸出水面，从外表上看，它们就是普通的水生植物，但普通的外表外，它们也能设置复杂的陷阱，捕获蝌蚪等动物。狸藻的茎干很长，通常没入池塘或者躺在沼泽地上。

在茎干上，它们会设置袋子状的小陷阱，它把水从小巧的气囊内排出，降低内部气压。水蚤或其他小虫游过时，碰弯气囊上的触毛，开启瓣膜，低压作用把水吸进，猎物也顺流而入，0。05秒的时间内，门户重新闭合，之后气囊内的细胞再次开始向外排水，形成新的真空环境。

这种诱捕方式能够捕获体型较

大的猎物。捕到蝌蚪之后，狸藻会从尾巴开始享受，一点点将蝌蚪消灭光。除了蝌蚪外，蚊子幼虫、线虫和水蚤也都被写进它们的食谱。

狸藻的足迹遍布世界各地的潮湿环境，有时也能在南美雨林潮湿的树皮上发现它们的踪迹。

科学家发现一种令人惊讶的植物能在短短400毫秒内捕捉到蝇虫，认为这是迄今植物世界中最快、最奇特的陷阱结构。这种被称为植物世界中最无情的杀手的毛毡苔（glanduligera）来自澳大利亚。德国科学家使用高速相机记录了这种毛毡苔植物的活动，研究人员通过研究发现一旦猎物落在叶片上，毛毡苔那非常敏感的触须能够弹射出触须，触须在400毫秒内将猎物弹射到“粘性陷阱”，触须将昆虫猎物快速地推至粘性叶片后，昆虫将无法逃脱，后粘性触须逐渐移动猎物至叶片陷阱，叶片凹面的一种生化酶把昆虫消化成营养液，从而为植物提供养份。科学家观测这种植物之后强调称，这可能是植物世界中最快的捕食策略。

然而研究人员不太清楚外部触须的工作原理，植物并不具有肌肉组织，但科学家认为这种植物中的水份移动将使一些细胞膨胀，一些细胞收缩，形成一种初级的液压机制，每个触须仅能弹射一次，之后会重新长出新的叶片和触须。昆虫猎物弹射至植物中心位置，有助于增强消化昆虫，预防其他掠食者抢走猎物。

来自英格兰拉夫堡大学的研究人员发现，一种分布于北欧的名为毛毡苔（茅膏菜）的食肉植物好像因为人类产生的污染，也开始成为素食者了。由于人类化石燃料的燃烧使土壤中的含氮量增高，这样它们就无需通过捕获昆虫来获得生存所必需的营养了。

研究人员发现它们的粘性正在减弱，这将削弱他们捕获昆虫的能力，颜色也正在从吸引昆虫的微红色向有利于光合作用的绿色悄悄转变。这种植物从根部获得了越来越多的氮元素的同时，也在主动限制其捕虫行为。研究人员指出，这种植物由于进化出捕虫结构本身需要消耗很大的能量，因此当肉食不再成为必需品的时候，它们就会相应缩减肉类饮食。

这好像是植物有意识的一种适应行为，当植物像动物一样敏捷捕食动物的时候，我们应该给予这些植物以动物的部分地位，甚至我们完全可以设想这些植物是能够思维的，在它们的量子结构里，它们一直也在快速的对环境像动物一样行动、感觉，甚至思维。

许多食虫植物具有特殊的腺体用来分泌强效消化酶，穿透昆虫甲壳，吸取猎物体内的养分。生活在北美大沼泽和贫瘠沙地的紫瓶子草却利用其他生物帮它消化食物。这种植物体内分布着一个由蚊子幼虫、小飞虫、原生物和细菌组成的生态链，其中许多物种只能在这种环境中才能生存。动物把落入瓶内的猎物分解，小一些的生物以碎屑为食，而瓶子草再从这场盛宴的排泄物中吸取养分，植物再把氧气排入瓶内，给养里面的昆虫，形成一个紧密的循环系统。

猪笼草的气味在虫子闻来甘甜无比，但它滑溜的表面却很容易让猎物跌入它的虎口。

猪笼草采用另一种战术，长出长长的瓶状叶片，等待虫儿跌入。最大的瓶深达一尺，能消灭一整只青蛙，甚至是栽进来的老鼠。

科学家在印尼婆罗洲发现一种奇特的猪笼草，聪明的方式处理食物，当它吞食一个体积过大的苍蝇或者更大的猎物时，它依靠一支蚂蚁充当自己的第二个胃组织，来帮助它消化食物残渣。这种动物和植物之间的默契合作关系非常有意思，没有蚂蚁咀嚼食物残渣以及排泄粪便，猪笼草就会逐渐枯萎，甚至死亡。

一般猪笼草植物具有较大、光滑的边缘，没有立足点，昆虫很容易滑入**池，溺死并等待植物的消化。目前科学家发现的二齿猪笼草（hesBicalcarata）具有较少的光滑边缘，是唯一使用蚂蚁帮助消化的植物。一个品种的蚂蚁栖息在该猪笼草底部的并从猪笼草边缘滴下的花蜜。猪笼草如何没有蚂蚁军团的帮助，将处于虚弱的健康状态。猪笼草42%的氮供给来自于数以千计蚂蚁排泄的动物残骸，而拥有较大蚂蚁军团的猪笼草76%的氮供给依赖于蚂蚁。

科学家给猪笼草多喂食小虫，它就长得更大，食虫植物在把阳光转化为组织的过程中效率极低，猪笼草或者捕蝇草等无法进行大量光合作用。

科学家发现植物吃植物现象：动物吃动物比较正常，食虫植物吃动物这种现象也不足为奇，不过，植物吃植物就是生物界的奇观了。但最新研究显示，一种绿藻就有“吃掉”其他植物的本领。通常，只有蠕虫、细菌和真菌能消化植物中的纤维素，并将其作为用于生长和生存的碳源。德国比勒费尔德大学的研究人员2012年11月20日在《自然·通信》上发表文章表明，一种名为“莱氏衣藻”的绿藻单细胞生物不仅可像普通植物一样进行光合作用，还可消化其他植物的纤维素作为自己的能量来源。研究人员将“莱氏衣藻”放入一个低碳环境中观察，结果发现，莱氏衣藻会从周边的植物纤维素中获取能源，在这一过程中，它可释放出“消化”纤维素的酶，将纤维素这种大分子多糖物质分解为更小的糖，这些糖最后被运送至细胞内，转化为能量源。参与研究的奥拉夫·克鲁泽教授说，在植物中发现这一现象尚属首次，并且藻类能消化纤维素这一现象本身就有悖于传统认知，“某种程度上讲，这是植物在吃植物”。

当然，更奇怪的是动物与植物会为同一种食物展开激烈争夺。美国研究人员发现，食虫植物茅膏菜和狼蛛的饮食结构存在高度重叠。一旦食物变得稀缺，狼蛛就会编织，以便更大提高捕获猎物的几率，但这影响到茅膏菜的健康。

传统上，人们认为植物反映慢，食虫草证明了植物的反映速度，对于大多数植物来说当探测出威胁的时候，它们通常无法快速逃离。其实植物远比人们所想的更具智慧，早先的研究发现，当毛毛虫之类的害虫侵犯植物时候，植物会发出信息素，给其他植物发出预警。菜园中甘蓝菜遭受害虫攻击时，它将释放化学信息至空气中，警告其他邻近植物加固它们的防御。2013年8月，美国威斯康辛-

麦迪逊大学动物学家约翰-奥罗克（JohnOrrock）发现当蜗牛接近菜园中的芥末时，芥末就会使自己的气味变得异常难闻，最终使蜗牛丧失食欲。这种保护机制在菜园中第一种植物遭受攻击时启动，并对其他植物做出预警。奥罗克对黑芥植物的种子和籽苗涂上蜗牛黏液，测试该植物面对饥饿蜗牛的具体反应。结果显示涂上蜗牛黏液水的黑芥种子和籽苗能够作出反应，使蜗牛对它们失去兴趣，而且多次涂抹蜗牛黏液水植物的防御能力强于仅涂抹一次蜗牛黏液水的植物。奥罗克教授说：“植物能够以一种非常复杂的方式窃听掠食者的到来。”

其实，在远古时期，动物与植物分界线也许比较模糊，也许祖先相同，现在的样子是出于进化的需要。眼虫或裸藻作为植物与动物的中间体已经被科学家所证实，眼虫是动物与植物的结合体，具备了动物与植物的双重功能，眼虫被证明是植物与动物的共同祖先。眼虫的这种“动物植物双重性”使许多科学家相信，动物与植物有共同的祖先——它很可能就是与眼虫类似的、某种生活在远古水域中的单细胞原生生物。

眼虫是生活在水中的单细胞原生生物。身体呈长梭形或圆柱形，前凹口伸出一根鞭毛，用其摆动在水中推动身体运动；凹口的下方有一个具有感光机能的红色的眼点（眼虫的名称就因具有眼点而得）。如果把它们放在含有有机物的水中，那么它们能够靠细胞膜吸取水里的有机物“食物”，过着动物式的异养生活。但是同时，眼虫的细胞却又有含叶绿素的叶绿体，能够进行光合作用，自己制造营养。因此，植物学家认为，它是一种“原生植物”；由于它的细胞外面没有细胞壁，植物学家给它起了另外一个名字——裸藻。

在漫长的进化过程中，它们当中的某些分子伴随着基因组的变化而加强了运动、摄食的结构和功能，同时逐步“丢失”了进行光合作用的结构和功能，最终生活方式转变成为完全的异养；另外一些分子则伴随着基因组的其他方式的变化向着完全自养的方式转变。前一种方式代表着最早的动物的产生，后一种方式代表着最早的植物的出现。

原始的原生动物和原生植物分异伊始都是单细胞的，随后，它们分别向多细胞方向发展。科学家们推断出动植物的分异始于10亿多年前。

第三节病毒、有机物及生命的演化

我们试图寻找生命与非生命之间的界限，而病毒及其特性为这种研究提供了帮助。因为病毒具有两重性，在细胞内表达生命，在细胞外更像一个有机大分子。

病毒是一类不具细胞结构，具有遗传、复制等生命特征的微生物。一般病毒由一个核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的非细胞形态。病毒个体微小，结构简单，只含单一核酸（DNARNA），必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型微生物。病毒同所有生物一样，具有遗传、变异、进化的能力。

一般病毒有高度的寄生性，完全依赖宿主细胞的能量和代谢系统，获取生命活动所需的物质和能量。病毒离开宿主细胞，它只是一个大化学分子，停止活动，可制成蛋白质结晶，为一个非生命体。结晶体是一个化学概念，是很多无机化合物存在的一种形式，我们可以认为某些病毒同时具备化学结晶与生命活动的两种形式。遇到宿主细胞的时候，它会通过吸附、进入、复制、装配、释放子代病毒而显示出典型的生命体特征，细胞体外它们属于结晶体。所以病毒是介于生物与非生物的一种原始的生命体。

从遗传物质方面来说，病毒分为DNA病毒、RNA病毒、蛋白质病毒（如：朊病毒）

烟草花叶病毒的装配方式（如烟草花叶病毒）是核酸与衣壳蛋白相互识别，由衣壳亚单位按一定方式围绕RNA聚集而成。装配过程不借助酶，也无需能量再生体系。许多二十面体病毒粒先聚集其衣壳，然后再装入核酸。烟草花叶病毒RNA和衣壳蛋白混合在一起后，可以重新组装成具有感染性的病毒，这也揭示了很可能就是病毒在宿主细胞内的组装过程。病毒核酸和结构蛋白是分别复制的，然后装配成完整的病毒粒。一些病毒包膜是蛋白与脂质结合的，膜蛋白与外层脂质相连结，又同内部的核壳相连结，起到维系病毒内外结构的作用。

病毒的生活史：病毒不仅没有细胞结构，而且也不能独立生存，只能在活细胞中进行增殖。病毒是寄生性严格，以复制进行繁殖的一类非细胞型微生物。病毒是比细菌还小、没有细胞结构、只能在细胞中增殖的微生物，由蛋白质和核酸组成。

病毒能增殖、遗传和演化，因而具有生命最基本的特征。其主要特点是：

一般自身不产生酶系，有的会产生几种酶，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质成分。在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并长期保持其侵染活力，一旦遇到细胞，就具有了活力。

噬菌体

噬菌体是病毒的一种。在微生物界，同样存在类似动植物界的食物链一样的关系，噬菌体（Phage）是“捕食”细菌的生物。噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的细菌病毒的总称，噬菌体具有病毒独有的一些特性：个体微小，不具有完整细胞结构，只含有单一核酸。噬菌体基因组含有许多个基因，但所有已知的噬菌体都是在细菌细胞中利用细菌的核糖体、蛋白质合成自己所需要的各种因子、氨基酸和能量，实现其自身的生长和增殖。一旦离开了宿主细胞，噬菌体既不能生长，也不能复制。

一个典型的噬菌体的侵染细菌的过程是这样的：首先是感染阶段，噬菌第一步是用尾部“吸附”在细菌的细胞壁上，通过溶菌酶的作用在细菌的细胞壁上打开一个缺口。然后伸入细胞壁内，只把头部的DNA或RNA注入细菌的细胞内，其蛋白质外壳留在壁外，不参与增殖过程。其次是增殖阶段。噬菌体DNA进入细菌细胞后，细菌的DNA合成停止，酶的合成也受到阻抑，噬菌体逐渐控制了细胞的代谢。噬菌体巧妙地利用寄主（细菌）细胞的“机器”，大量地复制子代噬菌体的DNA和蛋白质，并形成完整的噬菌体颗粒。噬菌体的形成是借助于细菌细胞的代谢机构，由本身的核酸物质操纵的，这些DNA高分子聚缩成多角体，头部蛋白质通过排列和结晶过程，把多角形DNA聚缩体包围，然后头部和尾部相互吻合，组装成一个完整的子代噬菌体。最后是成熟阶段。噬菌体成熟后，在潜伏后期，溶解寄主细胞壁的溶菌酶逐渐增加，促使细胞裂解，从而释放出子代噬菌体。