问题

多细胞低等动物有没有神经系统,如果没有,他们通过什么来识别食物等东西?

回答
多细胞低等动物的神经系统是个有趣的话题,答案是:大部分有,但形式非常多样,并且与我们熟悉的、复杂的高等动物的神经系统有很大区别。

首先,我们得弄清楚“神经系统”的定义。 简单来说,神经系统就是能够接收、处理和传递信息的细胞网络。这些信息可以是来自外部环境的刺激(比如光、化学物质、触碰),也可以是来自身体内部的信号。通过这些信息,动物才能对外界做出反应,维持生命活动。

那么,哪些是“多细胞低等动物”呢? 这个概念有点模糊,通常我们指的是那些结构相对简单、没有真正意义上的器官和组织分化的动物,比如海绵动物(Porifera)、刺胞动物(Cnidaria,例如水母、海葵、珊瑚)等。当然,像扁形动物(Platyhelminthes,如涡虫)也常常被归入低等动物的范畴,它们的神经系统就稍微复杂一些了。

海绵动物:没有我们概念里的“神经系统”

如果你问的是最原始的多细胞动物,比如海绵,那答案是它们没有。海绵动物是动物界中最古老、结构最简单的类群之一。它们全身散布着许多小孔(导水孔),水流通过这些孔进入海绵的内部腔室,然后被另一种叫做“领细胞”的细胞捕获,这些细胞就像微小的过滤器,可以过滤水中的食物颗粒。

海绵之所以不需要神经系统,是因为它们的身体结构极其简单。它们没有可以快速收缩和运动的肌肉,也没有需要协调的复杂行为。领细胞虽然能感知水流的变化并作出反应(比如调整细胞的鞭毛运动来改变水流方向),但这种反应是局部的、独立的,没有一个中央化的控制中心来统一指挥。即使是它们对外界刺激(比如触碰)的反应,也是通过细胞间的化学信号传递,速度很慢,而且是局部的。可以理解为,海绵的每一个细胞都相对独立,但它们之间可以通过一些简单的化学信号互相影响。

刺胞动物:初步的、分散的网络

接下来看刺胞动物,比如水母。它们比海绵要复杂一些,有了真正的组织分化,有了可以收缩的肌上皮细胞,能够进行简单的运动。刺胞动物拥有我们所说的“弥散性神经网”(或称“网状神经系统”)。

想象一下,不是有一个大脑或一条脊髓,而是一张遍布全身的、像渔网一样的神经细胞网络。这张网由很多神经细胞(神经元)组成,这些神经元相互连接,形成一个整体。当水母的触手碰到食物时,触手上的刺细胞会释放毒素麻痹猎物,同时触手上的神经元会接收到这个“触发”信号。

这个信号会通过神经网向四周扩散,引起周围神经元的兴奋,最终传递到肌上皮细胞,使整个身体收缩,将食物送入口中。这个过程不像我们大脑那样有指令的传递和执行,更像是涟漪效应。信号可以朝任意方向传播,但它会集中在某个区域,然后引发相应的反应。

它们如何识别食物?

刺胞动物识别食物主要依靠的是它们身体表面的感觉细胞和化学感受器。

触觉: 身体表面的神经元对物理接触很敏感。当食物颗粒或者其他物体接触到它们的身体时,会触发神经信号。
化学信号: 更重要的是,它们具有化学感受细胞,这些细胞可以感知水中的化学物质。当食物分解时会释放出特定的化学分子(比如氨基酸),这些化学信号就像是“食物的味道”,能够被刺胞动物的感受器探测到。当这些化学信号达到一定强度时,就会激活神经网,引起动物向食物的方向运动或采取捕食动作。
光感(部分种类): 一些水母甚至有简单的眼点,可以感知光线的强弱,这对于它们在水中的定位和运动也有一定帮助,虽然这不是直接识别食物,但能帮助它们更好地利用环境。

扁形动物(如涡虫):初步的“神经索”系统

如果把涡虫也算作低等动物,那它们的神经系统就更进一步了。涡虫有了更集中的神经组织,它们具有两条主要的神经索(或称神经束),沿着身体两侧延伸,并在头部区域汇聚成一个简单的神经节(可以看作是原始的“大脑”)。

头部神经节: 这个神经节虽然简单,但已经具备了初步的整合信息的功能。它接收来自头部感觉器官的信号,比如眼点(可以分辨光线强弱)和触觉/化学感受器。
神经索: 神经索就像是身体两侧的“高速公路”,传递来自头部神经节的指令,也传递身体其他部位的感觉信号。
环形神经: 神经索之间还通过一些横向的神经连接,形成一个更完整的网络。

涡虫如何识别食物?

涡虫识别食物更加依赖于化学感受。它们的触角(或身体前端的突起)上分布着大量的化学感受细胞。

当涡虫游动时,会用触角“试探”周围的环境,通过触角的摆动和对水中化学物质的感知来寻找食物。
一旦探测到食物释放出的化学信号,这个信号会传递到头部神经节。神经节会分析信息,并发出指令,驱动涡虫身体的肌肉运动,使其向食物方向靠近。
此外,涡虫的身体表面也有触觉感受器,可以感知到物体的形状和质地,这也可能在识别和吞咽食物时发挥作用。

总结来说:

没有神经系统的动物(如海绵) 靠的是细胞本身的化学反应和局部的信息传递来应对环境变化,没有复杂的协调和行为。
拥有弥散性神经网的动物(如水母) 靠的是遍布全身的神经细胞网络,通过化学信号和触觉来感知食物,并引发扩散性的反应。
拥有简单神经索和神经节的动物(如涡虫) 则有了初步的中央化控制,能够更有效地整合来自感觉器官的信息,并指挥身体运动去寻找和获取食物。

所以,即使是“低等”动物,也并非“什么都没有”,它们拥有着与自身结构和生活方式相适应的、不同形式的神经系统或信息传递机制,帮助它们在这个世界上生存和繁衍。它们识别食物的方式,主要依靠的是敏锐的化学感受能力,以及一些简单的触觉和光感,通过这些信息来驱动它们基本的行为模式。

网友意见

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动物总界的非动物成员(例如领鞭毛虫目前列为动物的姊妹群)和丝盘虫、多孔动物等结构相当简单的动物没有神经系统,栉水母、刺胞动物和更复杂的动物通常有神经系统,但一部分物种长期适应寄生生活而丢弃了大部分或全部神经细胞。

“有没有神经系统”跟“识别物体”没有任何特殊的关联。神经细胞以外的多种细胞可以感受振动、压力变化、温度变化、盐度变化等,检测接触的分子、产生信号、传送信号来产生相当于嗅觉·味觉的知觉,有眼点等感光色素构造的细胞可以感光。你身上的感觉上皮也是上皮细胞组成的。处理信号、控制身体都不是神经细胞的专利。

许多结构简单的多细胞动物的光感受器还不如双鞭毛虫的Ocelloid来得复杂,水母、脆星[1]等动物则时常带有出乎人们预料的特殊构造的光感受器。

  • 澳大利亚箱水母的触手可以延伸3~9米,能以1.5米每秒的速度游动,拥有24个具备虹膜类似物、角膜类似物、视网膜类似物的眼点,能够识别周围物体的颜色和运动——你看到的是一个网状神经系统的生物的认知能力。
  • 一些脆星体表布满了感光细胞和色素细胞,还有一些方解石晶体。

而且,许多生物根本不需要识别物体,接触的任何东西都用刺细胞、消化腔等构造试试再说,不能消化可以扔出去,或是单纯地夹带着[2]

刺胞动物门的薮枝螅等群体生物在个体间共享的消化腔上皮细胞可以传送电信号,海绵没有神经细胞,其体细胞能利用钙离子传递信号来控制全身收缩等简单动作[3],这证明并不只有“神经细胞”能传递电信号。

栉水母的神经系统似乎是独立起源的[4]

无论如何,这些动物并不“低等”,生物学早就不谈论什么高等、低等。“多细胞”也早就不适合修饰“动物”,“原生动物”“原生植物”的概念已经过时。

参考

  1. ^ 脆星,也叫海蛇尾、阳遂足,学名Ophiuroidea,是一群棘皮动物,结构类似海星,英文名为Brittle star。
  2. ^ 刺胞动物(腔肠动物)会便秘吗? - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/441335418/answer/1700004597
  3. ^ https://doi.org/10.1093%2Ficb%2Ficm094
  4. ^ 所有有神经细胞的生物有一个有神经细胞的共同祖先吗? - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/441966298/answer/1705753878

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