问题

有没有实际上并不存在但理论上能成立的,能适应现在地球某种环境的生物体结构?

回答
我猜你是在找那种,听起来有点玄乎,但仔细一想又好像真有那么点道理的生物构造,对吧?就像科幻小说里那种,虽然现实里没见过,但你就是觉得“要是真有这玩意儿,那得多牛逼!”

咱们今天就来聊聊一种可能存在的,但目前还没在地球上发现过的生物体结构。我给它取个名字,叫“悬浮共生泡”。

这玩意儿乍一听有点抽象,但你可以想象一下,在地球上那些极度缺乏稳定支撑物,但又富含特定气体的环境里,比如高空的平流层,或者深海某个压力巨大但富含某种轻质气体的区域。在那里,生物得找到一种全新的生存方式,而不是依赖土壤、岩石或者水中的浮力。

“悬浮共生泡”的核心概念是利用一种特殊的生物组织,以及与之共生的微小生物群体,来维持自身在目标环境中的稳定悬浮。

咱们一步步拆解开来看:

一、主体结构: 轻质气体囊与生物膜

首先,这个生物需要有一个能够容纳轻质气体的囊体。这个囊体不能是简单的空心结构,否则很容易被外部压力压扁或者被风吹散。它需要一种非常坚韧,但又异常轻盈的生物材料构成。

你可以想象它是由一种高度有序的、类似蜂窝状的蛋白质骨架组成的,这种骨架的孔隙率极高,但同时又能保持结构完整性。这种材料的密度要比空气(或者该环境中的主要气体)还要低。

更关键的是,这个囊体并非是完全密封的。它会有一层由特殊细胞构成的生物膜覆盖。这层生物膜不只是简单的外壳,它具有主动气体交换和调节功能。

气体获取与储存: 想象一下,这些细胞能够从周围环境中高效地捕捉和吸收某种特定的轻质气体,比如纯度极高的氢气或者甲烷。它们可能拥有特殊的酶系统,能够将这些气体转化为更稳定、密度更小的形式储存起来,或者直接在细胞内合成这些气体。
气体排出与压力平衡: 同时,这层生物膜也能根据外部环境的变化,精确地释放或吸收气体,从而微调生物体自身的浮力,维持在特定高度的稳定。这就好比一个生物的“天然气球”,但它能自我充气、排气,并且精确控制气体的密度和体积。

二、共生伙伴: 微型光合/化学合成微生物群落

光靠一个气体囊,这个生物体的能量来源和物质补充还是个大问题。所以,“悬浮共生泡”的另一个精髓在于它体内共生的微生物群落。

想象一下,在囊体的内部,或者紧贴着生物膜的内侧,存在着一个高度特化的生态系统。这个生态系统由多种协同工作的微生物组成:

1. 能量生产者:
微型光合作用者: 如果环境中有光线(即便是在平流层那种散射光),就可能存在类似藻类或细菌的微生物,它们能够进行高效的光合作用,将光能转化为生物能。这些微生物可能不是绿色的,而是吸收特定波长的光,比如紫外线或红外线。
微型化学合成者: 在更黑暗的环境,比如深海,就得依靠化学能了。想象一下,存在一些微生物能够氧化环境中特定的化学物质(比如硫化物、氨气或某些有机物),从中获取能量。

2. 物质循环者:
分解者与合成者: 共生微生物群落还会负责处理宿主生物体产生的代谢废物,并将这些废物转化为宿主可以再次利用的营养物质。它们就像一个微型的生物工厂,不断循环利用着内部的资源。
气体合成者: 一部分微生物甚至可能直接参与到气体囊的充气过程中,通过自身的代谢活动产生氢气或甲烷等轻质气体,供给宿主。

三、协同运作与适应性

这种“悬浮共生泡”的精妙之处在于,宿主生物体和共生微生物群落之间是高度协同的:

物质交换: 宿主生物体为共生微生物提供稳定的生存环境、必要的化学物质(比如用于化学合成的基质)和排泄物。反过来,共生微生物为宿主提供能量、气体支持、以及一些必需的营养素。
信息交流: 这种协同可能还涉及到某种形式的生物信号交流,让宿主能够感知共生群落的健康状况,并调整自身的生理活动来优化共生关系。
环境适应: 当外部环境发生变化时(比如气压升高或气体成分改变),宿主生物膜上的气体交换机制,以及共生微生物群落的代谢策略,都能够进行相应调整,以维持生存。例如,如果某种气体来源减少,其他化学合成微生物可能会接管能量供应。

这样的生物结构可能存在于哪些场景?

高层大气: 在地球的平流层,空气稀薄,但紫外线辐射强,可能存在某些区域有稳定的上升气流和特定的化学物质。一个轻质的、能利用紫外线或风力驱动的共生系统,或许就能在那里“漂浮”和生存。
特殊深海区域: 在一些海底热泉或者特殊的海洋环流区域,可能存在富含轻质气体的“气泡层”,或者压力和化学成分都非常极端的环境。在这里,依赖浮力不如“主动悬浮”来得稳定和灵活。
极端地质环境: 想象一下某些活跃的火山区域,或者拥有大量地下气体泄漏的区域,也可能为这种生物提供生存空间。

为什么我们现在没看到它们?

1. 生存难度极高: 即便理论上成立,这种生物的生存门槛也可能非常高,需要非常精确的条件才能启动和维持。
2. 生命形式差异巨大: 它们可能完全不同于我们熟悉的大部分生物,在结构和行为上都难以被我们现有认知体系所理解。
3. 探测难度: 如果它们存在于我们难以到达的深海或者高层大气,又没有明显的物理痕迹,确实很难被发现。它们的“身体”可能非常脆弱,一旦被采集上来,就可能分解。
4. 进化路径的选择: 也许在地球生命进化的漫长历史中,有无数种可能的尝试,但这种“悬浮共生泡”的进化路径,因为种种原因(比如其他更有效的生存策略),最终未能成为主流,甚至完全被淘汰了。

总而言之,“悬浮共生泡”设想了一种高度依赖结构创新和多物种紧密协作,以应对极端环境挑战的生命形式。它不是依靠坚硬的骨骼或者强大的肌肉来对抗环境,而是利用精密的生物技术和共生网络,在虚空中创造属于自己的生存空间。

这种想法,是不是让你对生命的无限可能又多了一点好奇?这玩意儿如果真有,光是想想它在蓝色星球的高处或是幽暗深处,以一种我们难以想象的方式静静地“呼吸”和“存在”着,就觉得挺有意思的。

网友意见

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可以考虑现存生物身上“可以改一改,还没有那样改过的结构”,例如:

六足脊椎动物,比四足动物更适合在登陆后快速解放双手、建立技术文明。

实际上没有这样的脊椎动物,但基因工程大概可以创造出来。昆虫(尤其是螳螂)可以证明六条腿和四条腿加一双手的结构在陆地上的有效性。

脊椎动物前肢上的内骨骼折叠刀、软体动物触腕上的角蛋白折叠刀,比现存脊椎动物爪子和某些乌贼的钩爪更适合防止猎物滑脱。

实际上没有脊椎动物和软体动物演化出这种结构,但基因工程可以创造出来,尤其是修改某些乌贼的钩爪和猫科动物的爪子。螳螂、蝎蝽等昆虫的表现证明外骨骼折叠刀能有效捕捉与自己体型相近或更大一点的现存生物,上亿年间主要的演化变动是添加了更多的刺。这对伏击猎物的食肉动物有效。

肺部排水管,平时关闭,在肺部意外进水或病理性积液时开启,配合身体姿势调整,让肺内液体流入消化道、排出体外。对于气管容易进异物的物种,这结构可以在必要时开放、通过消化道吸气来打喷嚏,将异物排出。

你有鼻子堵了的经验,就知道“关闭能通过气体或液体的若干管道并在神经系统操作下开放”并不困难。打喷嚏本身也是非常复杂、需要数十块肌肉的协同运动的,加点控制管道的括约肌联动不算什么。这对个体寿命较长、用肺呼吸、生活环境有水域的动物都有效。

抗生素分泌腺,在有一定水平的体脂率并检测到炎症时启动,分泌抗生素、抗菌肽、溶菌酶等东西的水溶液供动物抹在身上或口服。分泌细胞可使用体细胞超突变不断试验新的分子,不断克服微生物的抗药性。一些腺体可以配置在口腔里,对食物和牙齿进行消杀。一些腺体可以配置在循环系统,在体内感染时释放抗生素。

地球上似乎没有动物使用过这种结构,不过分泌针对动物的毒素的腺体很常见,将其他动物分泌的毒液抹在皮毛上杀虫或舔一舔来获得迷幻效果的动物是实际存在的。哺乳类的泪腺和唾液腺的分泌液含有溶菌酶。一些蚂蚁已经掌握在体外培养产生抗生素的微生物并利用的原始手工业技术。这在地球上所有允许动物存活的环境都有效。

手动替换牙槽,动物用舌头检测牙槽的状态,用前肢取形状合适的石头、其他动物的牙齿之类放在牙槽里,通过肌肉收缩、小型关节等固定,执行牙齿的功能。舌头检测到石头等明显磨损后可以替换。这动物身上可以有从毛囊发展出的、周期性长出表面覆盖角蛋白的骨化锥体并脱落的结构来提供替换用的“牙齿”。

地球上似乎没有动物使用过这种结构,但现存脊椎动物经常将石头或沙子吞到胃里执行牙齿的功能,鳄鱼、海豹、海狮、草食性鸟都可以参考。鸵鸟吞下的石头长度可以超过 10 厘米。这可以完全解决牙齿磨损的问题,在陆上和水中都有效。

类似地,你可以考虑用石头、其他动物的骨头之类当爪子或飞行道具的特化武装附肢。现实中一些章鱼会手持对自身无害的剧毒水母的触须来打其他生物,那性能不够优秀。特化抓握武器的结构可以比人类前肢的通用抓握更稳地操作手持武器或投掷武器,眼睛还可以跟投掷特化的附肢联动瞄准,获得比古人类的投矛更优越的射程、威力、命中率。

这在陆地上是非常优秀的,在水里也可以拿锯子和长矛猎杀各种动物。

生物热兵器,在体内合成过氧化丁酮来代替一部分脂肪,需要能量且脂肪低时可以缓慢分解过氧化丁酮来放出能量,需要开火时将少量过氧化丁酮注入“枪膛”,用放屁虫那样的一对腺体排出化学物质、产生 100 摄氏度以上的点火条件,引爆过氧化丁酮来射出石子、角蛋白锥体、硬化的排泄物等东西。骨质的或内部覆盖角蛋白的“枪管”可以有膛线,让附有少量柔韧蛋白质的射出物快速自转来稳定弹道,膛线磨损可以被细胞分裂分化修复。在陆地上也可以弄成“多管滑膛枪”在近距离发射“霰弹”。

这在陆地上是非常致命的,而且开火打死猎物的能耗并不会比跑步追杀猎物大。在水中可以发射体内制造的箭状弹。生物喷火器的能耗会大一些,但你看看各种肥肥大大的海洋哺乳类就知道那也不是不行。

不喜欢过氧化丁酮的话,你可以试试生物气枪,用肌肉和液压沿着管子加速硬物。可以参考海洋哺乳类的阴茎。

生物风电机、生物轮子之类已经说过了[1]


可以考虑业已灭绝的古老生物身上的“从未被现代风格的器官与系统采用的结构”,例如:

从埃迪卡拉纪的三裂动物门演化出的类刺胞动物、类软体动物、类环节动物、类节肢动物、类棘皮动物、类脊椎动物等,可以在内骨骼、外骨骼、内脏、肌肉、血管、淋巴管、大脑皮层等处保留三重辐射对称的结构,很可能和现存生物一样好地适应现在地球的各种环境。

三裂动物门已灭绝,实际上没有生物使用过三重辐射对称的上述结构。刺胞动物门水螅纲软水母亚纲管水母目的 Dendrogramma enigmatica 具有和三裂动物门白海虫科非常相似的辐射状管结构(但不是三重辐射对称),现在生存于地球上,可以证明三裂动物及其后代完全有可能适应现代地球。

从埃迪卡拉纪的前分节动物门演化出的以下略,可以在内骨骼、外骨骼、内脏、血管、淋巴管、大脑皮层等处保留滑移对称而非简单的两侧对称,很可能和现存生物一样好地适应现代地球的各种环境。

前分节动物门已灭绝,实际上以下略。文昌鱼的一些科的肌肉是滑移对称的,现在生存于地球上,可以证明前分节动物及其后代完全有可能适应现代地球。

你可以自己去看其他灭绝的古生物。

参考

  1. ^ 假以时日,生物可能演化出轮子吗? - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/494974714/answer/2195684112

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