问题

蚯蚓被一分为二式切断后,其头部和尾部所长成的蚯蚓是否有都意识?如果都有,意识是否一致,为什么?

回答
蚯蚓被切成两段后,头部和尾部能否各自长成完整的蚯蚓,这是一个很有意思的生物学问题。简单来说,答案是:它们都有可能长成完整的蚯蚓,并且在很大程度上,它们各自的“意识”是可以独立存在的,但绝非一致,因为它们不再是同一个整体,也无法共享信息。

咱们得把“意识”这个词拆解开来好好说道说道。

1. 头部和尾部能否各自长成完整的蚯蚓?

答案是:可以,但有条件。

头部(含有口和神经节): 蚯蚓的神经系统虽然分散,但最重要的神经节(可以理解为它的“大脑”)位于头部。只要切断的位置不影响头部的重要器官(比如口),并且有足够的储存能量和相对良好的环境(湿润、有食物),头部通常能够再生出缺失的尾部,长成一条完整的蚯蚓。这个再生能力是蚯蚓非常神奇的地方。

尾部(不含口和神经节): 尾部的情况就比较微妙了。蚯蚓的消化系统是从头到尾贯穿的,所以尾部的那一段理论上也有肠道和肌肉。但问题在于,它没有口,也没有“大脑”。如果切断的尾部那一段足够长,并且幸运地保留了一些重要的神经组织(虽然不是最核心的那个),在非常理想的环境下,它有可能通过某种方式(比如从环境中吸收养分,虽然可能性很小,或者依靠自身保存的能量)再生出头部。但这种再生能力远不如头部那一端,而且是否能形成真正的“头部”并且重新开始进食,是充满不确定性的。很多时候,没有口的尾部最终只会死亡。

所以,从能长成完整蚯蚓的角度来说,头部存活并再生的几率远远大于尾部。

2. 如果都能长成,它们的“意识”是否一致?

绝对不一致,而且是完全独立的。

为了理解这一点,我们先来聊聊蚯蚓的“意识”是怎么回事。

蚯蚓的神经系统: 蚯蚓不像我们人类有发达的大脑皮层,能够进行复杂的思考、记忆、情绪表达。它们的神经系统相对简单,主要由一个腹神经索构成,上面分布着一些分散的神经节。最前面的部分有一个“脑”——一个叫做“咽上神经节”的结构,它接收来自触觉、化学感受器等的信息,并协调身体的运动。

“意识”的本质: 如果我们把“意识”定义为对外界环境的感知、对自身状态的认知以及产生行为的能力,那么蚯蚓确实具备一定程度的“意识”。它能感知光线、震动、气味,能寻找食物,能躲避危险,能进行求偶等行为。

切断后的情况: 当一条蚯蚓被切成两段时,就好像把一台电脑切成了两半。

头部那一半: 它拥有完整的口(可以进食),完整的神经索(虽然被截断了,但剩余的部分和咽上神经节还在),所以它能够继续感知环境、寻找食物、逃跑。它的“意识”或感知能力,就集中在这个依然完整的、有“大脑”的部分。

尾部那一半: 如果它足够长,并且保留了一些神经节,它可能能对外界的刺激(比如震动)产生一些局部的、简单的反应,比如抽搐。但它没有口,无法进食,也无法主动感知和探索,更没有那个核心的“咽上神经节”来处理复杂信息。所以,即使它勉强存活,它的“意识”也是极其有限的,更像是“残存的反射”而非独立运作的“意识”。

为什么不一致?

原因非常简单:信息和控制的来源不同了。

1. 感知信息的来源不同: 头部那一端拥有眼睛(虽然很原始)、触觉器官、嗅觉器官,能够接收来自外部的大量信息。尾部那一端几乎没有这些。
2. 行为指令的来源不同: 所有的运动指令、进食指令、趋避指令,最终都来自那个位于头部的咽上神经节。切断后,尾部失去了一个统一的指挥中心。
3. 记忆和学习(虽然简单)是整体的: 即使蚯蚓的“学习”能力很弱,但如果它有过某些经历,这些经历是存储在整个神经系统中的。切断后,这种整体的“经验”也就被分割了。
4. 生理需求不同: 头部需要进食来维持生命,尾部没有这个能力。这种生理上的差异会直接影响它们的行为和“感受”。

打个比方:

想象一下,你有一个非常精密的机器人,它有大脑、眼睛、手、脚,能够感知世界并做出反应。现在你把它拦腰截成两段:

上半身(带脑袋): 它还保留着大脑、眼睛、手臂,能够看到东西,能够操作东西。它会继续思考,继续执行之前的任务,或者根据新情况做出反应。
下半身(带腿): 它可能还有一些传感器和马达,能够对地面震动做出反应,比如抽搐一下。但它没有眼睛,没有大脑,无法理解发生了什么,也无法主动做什么。

这两部分,即使上半身还能继续工作,下半身偶尔动一下,它们之间也没有任何沟通,它们的“认知”和“行动”是完全独立的。

总结一下:

蚯蚓被切成两段,头部那一端非常有可能长成完整的蚯蚓,并拥有继续生存和行动的能力。
尾部那一端,如果足够长且环境极其优越,可能有微弱的再生迹象,但通常无法独立存活或形成完整的蚯蚓。
如果两者都能存活并“行动”(即使尾部只是反射性的抽搐),它们的“意识”是完全不一致的。头部保留了核心的神经结构和感官,是独立的“主体”;尾部则只剩下了局部反应,没有统一的指挥和感知能力。它们无法共享信息,也无法有共同的“思想”。

所以,当人们说蚯蚓被切成两半还能活,这是真的,但要明白,活下来的那个“意识”主要是在失去尾巴的那一头,而另一头,即使还有一点点动静,也更像是身体残骸的最后回响。

网友意见

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首先,并不是所有的蚯蚓都具有再生能力(或者也可以说不同种类蚯蚓再生能力差异很大,而且即使有再生能力的蚯蚓,也无法确保切下来的每一段都能存活)。蚯蚓的再生能力是有限制的,包括切的部位、离头部的远近、剩余体节的长短、环境因素、发育阶段等等,都是影响蚯蚓再生能力的重要因素。

▲掘穴环爪蚓(Perionyx excavatus)切成三段,22天后都能分别长出头部、尾部再生(参考文献 [1])

关于蚯蚓再生的原理,网上、知乎上也有很多(下面有个cctv2的小视频做了相关的实验),我在这里就不赘述了。下面,主要是想跟大家聊聊这种再生形成的个体之间,及与原个体的关系(相信这也是这个题目的核心)。

《是真的吗》:蚯蚓被切成两段就会长成两条?_160520是真的吗_腾讯视频 https://v.qq.com/x/cover/z83hv3ejct9x1ge/v0018b54ym7.html

再生(Regeneration)这种东西很神奇,在很多种动物中都或多或少存在这种功能。最熟悉的是壁虎断尾求生,然后可以重新再生出新的尾巴。而在一些无脊椎动物,如海绵、海星、水螅、涡虫、蚯蚓等,它们的再生能力更惊人,身体受损分离之后能够进行体细胞胚胎发生,分别形成一个新的个体。

  • 海绵——基本无限制,即使切成百多块极小的碎片,每一块都能独立生活并继续长大;
  • 水螅——除了单独的触手不能发育成完整动物之外,其余切成数段,也都可以分别长成一个小水螅;
  • 涡虫——分割成很多段,每一段都能再生成完整的涡虫;
  • 海星——某些种类的海星可以以二分裂的形式进行无性繁殖,更有些海星能通过单独的腕来再生出完整的身体;
  • 蚯蚓——不同种类再生能力差异很大,而且每一段是否能存活并再生受到的限制因素很多;
  • ……
扩展阅读 【动漫里的生物趣事】海绵宝宝的不死之身 【动漫里的生物趣事】色彩斑斓的海中星星(派大星&海星星)

首先,这种分离之后形成的当然是不一样的个体:它们都能分别地再生出一整套独立的代谢及神经系统,除了基因型一样之外,这些「兄弟个体」之间完全是相互独立的个体

然而它们的身体毕竟都曾经来自同一个「母本」,那会不会正如题主所说的「思维」上会有一些共同的「继承」存在呢?

至少在涡虫中,某种程度上是有这种现象存在的。

2013年的时候,就有研究人员做过这样一个实验(参考文献 [2])。

涡虫对于强光有一种本能的躲避反应,但是这种对光的反应是可以训练的。利用涡虫对食物本身的正向反应,把食物放在强光区,开始几次,涡虫都会在暗区徘徊,一段时间后才敢进入强光区吃食物。随着训练次数的增多,涡虫开始慢慢地「熟悉」这样一个环境,到强光区获取食物的时间越来越短。研究人员发现,这种「强光区内安全,有食物」的记忆至少可以存在14天。

▲蓝色扇形区域为亮光区,食物在亮光区的图示红色圈内,涡虫一开始的起始点(Start),因为躲避强光,训练前期涡虫都会先在暗区徘徊再「试探地」进入亮区找食物(参考文献 [2])

当确认这些涡虫已经「熟悉了」这样一个环境、「掌握了」这样一个记忆后,研究人员将这个涡虫的头部彻底去除,并利用10天左右的时间慢慢等其身体再长出头部成为新个体

这时,再把这些新个体带回来它们原本「熟悉」的环境中,一开始它们移向食物的速率与未斩首之前没有经过训练的涡虫差不多,但是这些涡虫在经过一次「培训」之后,仿佛突然间又想起来了,它们奔向食物的速率明显快于那些同样「培训」了一次,但未斩首之前未经过训练的涡虫。

红色与黑色:未熟悉环境(Unfamiliarized)的对照组涡虫,在身体完整时(Intact),找到食物的时间都明显长于已经经过训练熟悉环境(Familiarized)的涡虫;绿色:在切除头部之后,一开始熟悉与不熟悉,耗费的时间都差不多;蓝色:在经过「培训」后,以前熟悉过环境的涡虫寻找食物的时间要明显短于以前没熟悉过环境的(参考文献 [2])

这说明涡虫再切除头部之后,再生的个体仍然保留有「母本」的记忆(至少是部分的),哪怕是没有「得到」头部的另一半个体。这表明这些原始的记忆并不完全存在于脑(涡虫中为脑神经节)中,而且在再生后又可以重新印记到新的「脑」中。所以可以想象,这两部分个体在记忆或者某些思维上应该是有一定共通的。然而这其中的机制为何,仍然是一个谜。

▲被斩首之后的涡虫在十多天重新长出头部形成一个新个体后,还能部分保留有原个体的记忆(参考文献 [2])
▲涡虫的梯状神经系统,可见出现了原始的中枢神经系统

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以上举的是涡虫的例子,确实也是涡虫在再生研究中比较多的缘故,至于其它动物的,以及题主说到的蚯蚓有没有,还请大家继续补充。


参考文献

[1] Cho S J, Koh K S, Lee E, et al. Differential expression of three labial genes during earthworm head regeneration[J]. Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 2009, 73(12): 2609-2614.

[2] Shomrat T, Levin M. An automated training paradigm reveals long-term memory in planarians and its persistence through head regeneration[J]. Journal of Experimental Biology, 2013, 216(20): 3799-3810.

[3] Zheng P, Shao Q, Diao X, et al. Expression of stem cell pluripotency factors during regeneration in the earthworm Eisenia foetida[J]. Gene, 2016, 575(1): 58-65.


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