生物学家 估计 地球上五分之四的动物是 线虫(又名圆虫)。这些微小、蠕动、透明的无脊椎动物是地球上最丰富的生物,几乎无处不在——从 永久冻土 到深海。这个普遍存在的群体由一百多万个物种组成,其中包括寄生虫、分解者、捕食者等等。
“它们不会接管世界,因为它们已经接管了,”德国康斯坦茨马克斯·普朗克动物行为研究所的生物学家 Serena Ding 告诉《流行科学》杂志。“全球变暖早已发生。”
然而,尽管它们在环境中和研究实验室中无处不在(例如 线虫秀丽隐杆线虫是常见的模式生物 ),一项新发现强调,关于这些蠕虫仍有许多未知之处。
不起眼的圆虫让啦啦队员的叠罗汉技能相形见绌。根据 Ding 领导并于 6 月 5 日在《Current Biology》杂志上发表的 一项新研究 ,为了扩散和探索环境,野生线虫会自我组装成塔状超级生物体。这些一毫米长的蠕虫群协同工作,形成高度协调的建造队伍,用它们的活体提供功能性的临时结构的原材料。这是一项即使 人类也难以完成 的生物壮举。

蠕虫塔
这也是科学家首次正式记录线虫现象发生在自然界中。Ding 说,有时被称为“虫群”的蠕虫塔“在蠕虫界只是被悄悄议论”。此前,曾有关于在实验室和其他 人工环境中 的多线虫聚集体的轶事报告和记录观察,但不确定这些形成是否自然发生。现在,很明显线虫确实会在没有人工干预的情况下形成塔。
“它们确实存在于高密度中,它们正在互动,并且它们在一起做某事。”研究集体行为的 Ding 说。“这对我来说是最令人兴奋的事情。”
一座塔可以包含数千条蠕虫聚集在一起,看起来像一滴粘稠的 明胶 。Ding 和她的合著者认为,令人印象深刻的团队合作使线虫能够搭乘经过的昆虫前往更有利的栖息地,并跨越其他无法逾越的鸿沟。研究这种行为可以为社会动物的进化以及群体决策如何展开提供见解。
一群独特的进化怪咖
只有少数几种生物已知为了扩散而形成集体聚集体,这与线虫塔相似。Ding 说:“实际上非常罕见”,并指出只有另外三个有充分记载的例子。黏菌,严格来说是单细胞变形虫,经常 呈现多细胞形态 ,聚集形成子实体以散播孢子,或成群结队地移动。火蚁 以身体搭成筏子 来渡过洪水,并 组成塔和桥 来穿越地形。成群的螨虫 用丝线将自己缠绕成球 ,可以随风飘到遥远的地方。
随着新的发现,线虫也加入了进化怪咖的行列。尽管超级生物体行为在生命之树中并不常见,但蠕虫塔本身却令人惊讶地普遍。
为了在野外追踪它们,研究人员不必走远。他们首先用数码显微镜观察校园树下的落果。在腐烂的苹果和梨上,他们在水果肉质纹理的边缘和点上发现了数十座蠕动着的线虫塔。科学家们还在蘑菇农场发现的线虫中记录了这种行为。然后,他们设计了一种在实验室中可靠地重现它的方法。
这是鼓励蠕虫塔形成的食谱:将几千条线虫放在一个不含食物的培养皿上,该培养皿是平坦的,除了向上指向的一根牙刷毛。然后,等待几个小时。就是这么简单。在数百次试验中,蠕虫有超过 90% 的时间在牙刷毛周围聚集形成蠕动的塔状结构。这些实验中最长的塔高远超一厘米(是线虫体长的 10 倍多)。先前的观察注意到塔高约五厘米,几乎是两英寸。
在与果蝇和塑料探针进行的额外实验中,研究人员表明,蠕虫塔会策略性地朝任何触碰或拂过它们的物体移动。这种快速的集体行动使塔能够足够快地移动以附着在经过的昆虫的腿上。先前的研究已经记录了 单个线虫搭乘昆虫 。然而,通过建造塔,似乎成百上千的蠕虫可以一次搭乘,使无意的昆虫更像是地铁列车而不是单人乘坐的车辆。科学家们还记录了两次塔在周围探索并形成桥梁以到达新位置的事件,例如培养皿盖。这两项观察都支持主要假设,即线虫建造塔是为了获取新的、更适宜的栖息地。
利用标记有荧光蛋白的蠕虫,Ding 和她的同事进一步发现,建造塔的线虫往往都朝着同一个方向。蠕虫将头部向上,它们的身体同步起伏。然而,它们如何协调这种复杂的合作仍然不清楚。
“把它们当作真正的动物来思考很有意义”
许多新的观察结果带来了更多的困惑而非清晰。例如,在野外群体中,塔仅由幼虫组成。在实验室中,所有年龄段的线虫都协同建造。年龄差异的原因尚不清楚。Ding 和她的同事没有注意到塔尖顶端(蠕虫最有可能搭便车的地方)存在明显的竞争。但尚不清楚遗传同质性较低的蠕虫群体是否更具竞争力。研究人员也还不清楚为什么蠕虫选择集体分散而不是单独分散。它们也不知道蠕虫是如何决定开始形成塔的,或者是什么神经或感觉机制使其能够实现。数千个微小、黏滑的身体如何形成如此协调而坚固的结构的基本物理原理仍未解决。
“这些是我们想要解决的问题,”Ding 说。最终,她希望利用线虫塔来更好地理解跨物种的动物合作。
在科学界很长一段时间里,线虫被视为 微生物学模型系统 ,仅此而已,让研究人员能够测试基因改造、理解细胞和 绘制神经元图谱 。但是,在如此近距离地观察这些蠕虫时,几代科学家可能错过了更大的图景。线虫具有复杂的行为,是数百万年进化的产物。Ding 说,更多地了解它们所做的可以阐明大大小小的动物如何协同工作。“把它们当作真正的动物来思考很有意义,”她补充道。“它们无处不在,它们很重要,而且它们有动作。”