校园高手陨落星辰 微盘:无处不在的共生现象

共生是指两种不同生物之间所形成的紧密互利关系。动物、植物、菌类以及三者中任意两者之间都存在“共生”。在共生关系中，一方为另一方提供有利于生存的帮助，同时也获得对方的帮助。

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小丑鱼和海葵之间存在互利的共生关系
有的共生生物紧密缠绕在一起，让人们很难将二者区分开来。在植物和动物共生的例子中，我们往往很难判断这些生物究竟是植物，还是动物。
共生生物可不是一起生活、一起工作、和谐共处的卡通角色。大部分共生生物并不知道自己正在帮助另一种生物，它们只是选择了对自身最有利的生存方式，这是物种自然选择的本能行为。
人类其实也是共生生物。没有共生现象，地球上可能就不会存在生命。也许正是共生关系推动了多细胞生物的进化。有的科学家认为整个地球就是个巨大的共生有机体。但共生关系有时看起来很奇怪。在本文中，我们将和您一起探讨这种奇怪的现象（也许您会发现其实它们并不那么奇怪）。
究竟是植物还是动物？鞭毛虫（acoel flatworm）是最奇特的共生生物之一。鞭毛虫生活在海岸地区，它们本身是透明的，但体内生长着一种富含叶绿素、可进行光合作用的扁藻（platymonas algae），因此它们的身体通常呈绿色，看起来就像大片的海草。
 
鞭毛虫没有消化道，甚至连嘴巴都没有。扁藻会透过鞭毛虫透明的表膜吸收阳光，通过光合作用为鞭毛虫合成食物。扁藻还会循环利用鞭毛虫的排泄物，一辈子都生长在鞭毛虫体内。
 
共生的传统定义是两种密切接触的不同生物之间形成的互利关系。大多数生物学家仍然认同这一定义。然而，有些生物学家认为凡是发生频繁密切接触的不同物种间的关系都属于共生关系，不管其中哪方受益。这其中包括偏利共生（commensalism）和寄生（parasitism）。前者指一方获益而另一方不受影响的共生关系；后者指一方获益而另一方受到损害的共生关系。本文中，我们将着重介绍互利的共生关系。

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黄嘴牛椋鸟以非洲水牛身上的寄生虫为食，但它们本身也是寄生生物，会啄食水牛伤口处的结痂，不让它们的伤口愈合。
共生的形式有许多种。有的共生生物需要借助共生关系来维系生命，这属于专性共生（obligate symbiosis）。有的共生关系只是提高了共生生物的生存几率，但并不是必须的，这叫做兼性共生（facultative symbiosis）。共生关系有时是不对称的，在共生关系中很可能出现一种生物是专性共生而另一种生物是兼性共生的现象。
传统定义中的“密切接触”也值得仔细推敲。大多数情况下，这种关系很简单——一个生物直接长在另一生物之上或另一生物体内。但生物学家认为两种生物如果存在某种生物化学关系，比如产生并分享酶、蛋白质、气体或其他化合物，那么它们也可以被视为共生生物。
共生还分为内共生（endosymbiotes）和外共生（ectosymbiotes）。内共生是指一种生物长在另一生物体内，生物学家所说的“体内”是指生物体的细胞之间或身体组织里面（比如鞭毛虫的例子）。外共生是指一种生物长在另一种生物之外。（注意，某种生物长在另一种生物的消化道内应该属于外共生，因为这种情况显然不符合生物学家对于内共生的定义。）
真菌和树木息息相关

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带有角锥状鳞片的真菌尖鳞环锈伞（Pholiota spuarrosoides）
植物和真菌是完全不同的两种生物。然而，它们的生命却紧密交织在一起——目前地球上大约90%的植物都有专门的真菌“伙伴”来为它们提供生存所需的养料 。我们所说的真菌实际上指的是菌根。许多不同种类的菌根与树木或其他植物形成了紧密的共生关系，它们从土壤深处吸收养料，然后将养料提供给树木以换取树木通过光合作用合成的部分能量（以糖的形式）。树根部生长的蘑菇和毒菌其实就是巨大的地下真菌网络的繁殖器官，植物通常利用它们更有效地获取养料。
进化本身是不可思议的。生物的适应现象多种多样，有时这种现象似乎有违逻辑，生物共生现象尤其如此。两种不同生物的特性怎么会进化到可以配合得天衣无缝呢？事实上，许多对进化持怀疑态度的人认为共生就是驳斥自然进化的有力“证据”。

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生长在印度洋科科斯群岛（Cocos Islands）的蝠鲼与鮣鱼
自然选择是解释共生生物进化过程的关键。在某生物种群中，有些个体具有比其他个体更利于生存繁衍的共生特征，它们更有可能将这种特征传给后代，而其他不具有这种有利特征的个体则很有可能在进行繁殖之前死去。这样经过一代又一代的传递，有利于生存的优越特征会在该种群中表现得越来越明显。
决定共生特征能否得以传承的关键因素是种群压力——种群压力是指对某种群的个体来说比较艰难的生存环境。在进化的过程中，生物的共生特性和它们的逃脱天敌以及捕获猎物特性同样重要。
许多共生关系最开始也许只是兼性共生，在经历了长期进化之后，这些生物会变得越来越依赖共生关系，因为共生特征在优胜劣汰的自然选择中具有优势。最终，共生双方将完全依靠共生关系获取食物、居所、酶等生存资料。
生物共生关系就好像是生物进化的“工具箱”。比如，树木需要土壤深处的养分，为此它们会进化出有利于吸收养分的根系——事实上，许多树木都有发达的根系。但是，这种进化需要漫长的时间（通常需要上万年甚至更长的时间），而且有些树木可能无法完成这样的进化。而土壤中的真菌恰好具有从土壤深处汲取养分的能力。当树木与真菌比邻而生时，就会彼此形成共生关系，因为树木进化成与真菌共生的生物显然要比树木的单独进化快得多。
有的生物学家提出了一个叫做“共生起源（symbiogenesis）”的理论，这一理论已经被普遍接受。该理论认为共生是地球上复杂生物起源的关键。在物种的进化过程中，日益多样的微生物逐渐形成了一系列共生关系，不同的微生物在共生关系中发挥不同的作用，以维持生存。这些共生关系逐渐发展成一个关系紧密的互利网络，每种微生物都好像是机器上的一个齿轮。最终，它们进化成了带有一层保护膜的整体，也就是我们说的细胞，而其中的微生物都成了细胞的一部分：线粒体（mitochondria）、细胞核（nuclei）和核糖体（ribosomes）。
 
昆虫、蝙蝠、鸟和鲜花

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佛得角食蜜鸟
许多植物要依靠动物来帮它们传播花粉。这些植物会开出艳丽芬芳的花朵来吸引传播花粉的动物。在共生关系中，花朵会为昆虫、蝙蝠和鸟类提供甘甜且富有能量的营养物质。当传播花粉的昆虫、蝙蝠和鸟类采完一朵花的花蜜后，它们会飞到另一朵花上继续采蜜，与此同时它们也把花粉带到了另一朵花上，从而完成授粉的任务。有的动物还进化出了非常特殊的特征，如形状奇特的喙，以便更高效地吸食花蜜。花朵也会进化成特别的形状，只让某一种动物来吸食它们的花蜜。这样一来，每种植物都有了专属于自己的授粉者。
人类也是共生生物吗？当然是。
人的消化道里有无数的细菌和其他微生物。事实上，人的排泄物主要由细菌组成。这些细菌具有多种功能，但其首要职责是分解消化道内的物质，如果没有它们，人的消化道就无法完成这一任务。比如，大量未经消化的碳水化合物进入肠道，肠道中的细菌能把它们分解成可以吸收和转化的各种酸性物质。就这样，人体利用细菌消化，从食物中获取更多的营养和热量，而消化道(肠道)的细菌则通过人体获得稳定的食物供应。然而，如果服用抗生素，人体消化道内的大量共生细菌就会被杀死，从而导致消化能力降低[资料来源：格拉斯哥大学]。而要恢复原来的消化能力，则要等到肠道内的共生细菌重新繁殖起来。
食物短缺的人们需要充分利用食物中的能量，有助消化的肠道细菌对他们大有益处。然而，科学家们一直在研究肠道中的细菌和西方国家普遍的肥胖问题是否存在关联。研究者通过试验发现，在没有肠道细菌的无菌环境中，小白鼠即使吃了高能量高脂肪的食物还是十分瘦弱 。如此看来，利用人类与肠道细菌之间的共生关系，科学家们也许真能研制出减肥良药。
人体肠道内的细菌十分复杂，我们至今仍无法完全弄清它们对人体到底有哪些益处。有的科学家认为它们可以刺激我们的免疫系统，让人体产生抵抗有害微生物的抗体。事实上，这些肠道细菌如果由消化道进入血管，也会对人体产生极大的危害。但在肠道内，它们则可以压制那些进入人体肠道并对人体造成危害的微生物。
外星共生异种在《蜘蛛侠》系列影片中，一种外来的共生异种一再骚扰地球上的人类，还给蜘蛛侠造成了很大的麻烦。这种生物在第一次遇到蜘蛛侠时，就附着在他身上——蜘蛛侠原以为那只是一套由外星材料制成的黑色紧身衣，结果却发现它是一种有生命的外星共生物。这种生物后来转移到精神错乱的记者埃迪•布洛克（Eddie Brock）身上，二者最终融为一体，变成了怪物“毒液（Venom）”。后来，这种无性繁殖生物的第一个后代又与一个连环杀手结合，变成了可怕的杀人魔王“屠杀（Carnage）”。
 
人们最终发现这是一种寄生生物，它们入侵所有星球，与遇到的生命体结合，并将其毁灭。它们在银河系的各星球之间迁徙，消灭了上万个物种。蜘蛛侠遇到的疯狂异种正是这种寄生种群遗弃的个体。
蚁栖树与阿兹特克蚁
蚁栖树的树干中空，树干内分泌一种含糖的物质，可作为蚂蚁的养料。蚁栖树的树干内居住着上百万阿兹特克蚁，它们在树洞里筑巢，并以树干内的分泌物为食。由于蚁栖树的树干中空，所以支撑不了多大重量，附着其上的藤蔓植物就有可能把它们压垮。而阿兹特克蚁会为蚁栖树巡逻，啃掉入侵的攀缘植物。

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阿兹特克蚁会保护它们赖以生存的蚁栖树
清洁鱼
清洁鱼有很多种，它们会帮助其他鱼类清理身上或口中的细菌和真菌。舟鰤、清洁工隆头鱼和加州尖隆头鱼均以其他鱼类身上的寄生生物为食。如果没有这些清洁鱼，其他鱼类就会受到寄生虫的困扰。因此，当清洁鱼靠近时，其他鱼类一般不会采取任何攻击行动，这让清洁鱼可以放心完成清洁工作。此外，其他鱼类有时还会主动去找清洁鱼来帮助自己清除细菌。
除了鱼之外，其他生物也有类似的共生关系。白鹭、黄嘴牛椋鸟、鸻鸟和棕头牛鹂常常飞到其他动物身上，以这些动物身上的昆虫、扁虱和其他寄生虫为食。鸻鸟喜欢跳到在晒太阳的鳄鱼嘴里，啄食它们口中的水蛭。很多清洁鸟类还会啄食斑马、野牛、疣猪和家畜身上的寄生虫，让它们不受寄生虫的侵害。在危险来临时，它们还会向宿主发出警报。
食蜜鸟
食蜜鸟是一种喜欢吃蜂蜡与蜜蜂幼虫的鸟类。但是它们身形娇小，没有力气啄开蜂巢。因此，它们必须依靠某些哺乳动物（比如人类或者蜜獾）来帮它们打开蜂巢。这种食蜜鸟一般会在那些喜食蜂蜜的动物周围不断跳跃，把它们吸引到蜂巢附近。当这些动物将蜂巢打开吸食蜂蜜时，食蜜鸟就可以吃到其中的蜂蜡和蜜蜂幼虫。
根瘤菌
植物的生长需要氮，氮是一种非常重要的营养元素。然而，植物体本身不能从空气中获取氮元素。生长在肥沃土地上的植物虽然可以从地下的土壤中获取氮，但土壤中的氮很容易耗尽。有些植物为了获取氮，会与有能力从空气中汲取氮(或固氮)的物种结成共生关系，比如马铃薯和花生等豆科作物与根瘤菌之间的共生关系（后者长在豆科作物根部的节瘤处）。豆科作物为根瘤菌提供必要的能量，让它破坏无机氮的化学键；作为回报，根瘤菌会为豆科作物提供有机氮，并增加周围土壤的肥力。
盖亚理论（Gaia Theory）盖亚（Gaia）是古希腊神话中的大地之母。20世纪70年代兴起的“盖亚理论”认为地球本身是一个有机体，它与各种生命形式形成共生关系。这一理论解释了为什么地球上的环境相对稳定，能让各种生物繁衍生息。虽然在不同地区和不同时期，地球的温度、大气组成、食物供应会有差异，但基本上都是在某个固定的中间值附近波动。多数人认为生命最本质的特征之一是具有复制能力。有些“盖亚理论”的支持者认为，地球同样具有复制能力。如今，人类已经可以飞离地球，再过几十年，人类也许就能到达其他星球。那时，从地球移居火星的殖民者将有可能像种子一样在那里生存繁衍，并将地球上的生物圈复制到其他星球上去。