小時候的兒童書籍裡，經常有類似“一隻青蛙一張嘴，兩隻眼睛四條腿”一類的順口溜。這樣簡單的一句話，描述了動物的肢體自出生後就是固定的，它背後隱藏了這樣一層意思，貓咪和小狗是有四條腿的動物，人是有兩條腿的動物，蜘蛛是有八字腿的動物……
通常來說，幾乎所有動物的肢體數量都是不可改變的，這類體型特徵是由基因決定的。然而，一篇於近期發表在《自然-通訊》雜誌上的文章卻報道了一種“神奇”的動物，這種動物的肢體數量不由基因決定，而是由它們吃了多少食物決定。假如人類也是如此，那就意味著我們吃得越多，胳膊和腿的數量也就會越多。
擁有這項宛若科幻電影中的神奇超能力的物種名為星狀海葵（Nematostella vectensis），是一種對環境有著極強適應能力的水生刺胞動物。
星狀海葵（Nematostella vectensis）。| 圖片來源：Wikipedia
一直以來，科學家都知道如海葵、珊瑚蟲、水螅蟲等刺胞動物都具有持續發育的能力。它們就像植物能不斷長出分枝一樣，一生中都能產生新的器官和身體軸。
星狀海葵就是這樣一種小小的、像花朵一樣的無脊椎刺胞動物。它們的最初生命形態是一些可以移動的小幼蟲，這些幼蟲在發育過程中，會在細膩的泥中挖洞，漸漸長成成蟲。它們的頂端長有嘴，以小型的軟體動物和甲殼類動物為食。幫助它們捕食的是佈滿了毒液的觸手，這些觸手會將食物拖曳進嘴中。
一直以來，研究這種動物的科學家都好奇於，為何有的星狀海葵的觸手只有4條，而有的則多達24條。究竟是什麼控制了這些動物的發育機制？
星狀海葵的觸手數量並不固定，圖中左邊所示的星狀海葵有4個觸手，右邊所示的有16個觸手。| 圖片來源：A. Ikmi et. Al. / Nature
為了找到這個問題的答案，在一項新的研究中，一組生物學家在實驗室中培養了1000多個正在成長的星狀海葵，並在餵養的過程中，注意到一個有趣的現象。他們發現，星狀海葵的觸手數目的增加，與食物的攝入之間存在依賴關係——給星狀海葵餵養更多食物，它們的觸手出現得越快，有的可以在幾天之內就長出新的成對的觸手；但當餵養速度減慢時，觸手的生長就會隨之減緩。
那麼是什麼驅動了觸手的生長呢？
研究人員發現，星狀海葵有4根最初的、最基本的觸手，在這4根觸手長成之後，額外的觸手的生長直接受食物供應的影響。在正常情況下，星狀海葵大約需要5天的時間能發出“新芽”，再經過約5天時間，“新芽”就會長成發育完全的觸手。
在四個基本觸手之外，星狀海葵還會成對地長出新的觸手。| 圖片來源：A. Ikmi et. Al. / Nature
他們還發現，星狀海葵擁有一種細胞信號通路，這種信號通路可以將攝入的營養與發育過程聯繫起來；當研究人員在實驗中將這種信號通路阻斷時，星狀海葵就不再能長出新的芽和新的觸手，即便它們並沒有停止進食。
然而，這並不是故事的全部。在這項研究中，生物學家發現，要讓星狀海葵能長出新的觸手，還有另一個至關重要的因素。
在觀察星狀海葵的觸手的發育過程中，研究人員注意到，星狀海葵的成蟲階段的觸手的發育過程，是有別於最初的四個觸手的。於是，他們從肌肉細胞中識別出了負責最初的4個觸手生長的基因。接著，他們將這種基因移除，創造出了缺乏該種基因的星狀海葵。他們發現，被移除了關鍵基因的星狀海葵，只能完好地長出前4個觸手，但是卻無法再長出更多的觸手，無論吃得再好 。
星狀海葵的發育過程。| 圖片來源：Anniek Stokkermans/Embl
這也就是說，一旦沒有了這個關鍵基因，星狀海葵根本就長不出新的觸手。而且他們還發現，這種基因越是活躍的肌肉細胞，越可能成為下一波長出觸手的地方。這種生長也會影響鄰近的肌肉細胞激活它們之中的這種基因，於是在星狀海葵身上產生連帶式的觸手生長。
到目前為止，星狀海葵是已知的第一種以這種機制生長觸手的物種。在此之前，也有研究曾發現過一種被稱為垃圾葵（Aiptasia）的小型棕色海葵的觸手發育與攝入的營養之間存在依賴關係，但具體的依賴機制仍然懸而未決。
對於從事發育生物學的研究人員來說，這是非常令人興奮的發現。在海葵的生命週期中，它們需要不斷地調整自己的身體以適應不斷變化的環境條件。而新的研究證實了，其實這些海葵的觸手的不斷生長，也是需要利用複雜的基因過程才能做到的。
現在，關於海葵還存有一些未解的問題，例如它們究竟是如何調整自身的生物學特性的。接下來，研究人員將會探索進食依賴過程是否也與再生有關，並進一步確定肌肉在決定新觸手的形成位置方面所具有的具體作用。
參考來源：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-18133-0
https://www.sciencemag.org/news/2020/09/more-they-eat-more-tentacles-these-sea-anemones-sprout
https://www.newscientist.com/article/2253436-sea-anemones-grow-more-tentacles-when-they-have-plenty-of-food-to-eat/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=home
