第一节 生物与环境的相互关系 （一）

极限环境中的生命

　　地球上存在生命的环境条件，究竟有没有极限？人们对这些极限认识到什么程度？探讨这些问题有什么意义等等。这一连串的问题是生命科学中最富于戏剧性和最引人入胜的问题。对此，生物学家们一直没有停止探索。

1 在探索生命存在的极限环境中，发现了生物的新类群

　　随着研究工作的继续深入，科学测试手段的日益提高和发展，研究生命科学的工作者们，从一般生物不能生存的环境中，发现了生物的新类群。开始时，他们称其为“古细菌”(Archaebacteria)或“原始细菌”(Primitive bacteria)，以便把它们和“真细菌”( Eubacteria)互相分开。因为，二者在外形上极为相似。但是，等到运用先进的研究手段和技术，进一步研究它们时，却发现它们和真细菌之间，在分子水平上大相径庭，二者的 RNA结构顺序很不相同，以至于这个新发现的所谓古细菌类群，如果从 RNA的结构上来判断，它们和真核生物的关系，要比它们和真细菌更为密切。另外，所谓的古细菌，其实并不比真细菌更为古老。有分析材料表明，真细菌从其它生活型分枝出来，比之古细菌和真核生物之间的分离，还要早150万年左右。所以，真细菌原来是比古细菌更为古老的生物。由于古细菌一词，很容易给人造成错误印象，最近，为“古细菌”一词命名的美国学者沃斯(C. Woese)又提出重新命名的意见。他认为新类群的名称，还应该保留“原始的”意思，但再不能称之为细菌了。因此，他把“Archaebacteria”改为“Archaeotida”。

2 新类群生活环境的特点

　　新类群中的成员，绝大部分都居住在极为特殊的环境中。这些生活环境，对其他的生物来说，根本就不能生存。例如，高温、高酸、高盐、高碱或高压等环境，人们认为这些地方，如果不借助防护措施，一般生物是不能生存的。而对这类生物来说，却能很正常地生长和繁殖。

　　2．1 嗜热类群 德国的斯梯特(K. Stetter)研究组，在意大利的一个海底火山喷口附近，发现一族能够生活在 110℃以上高温中的生物。他们称其为Methanopyrus，这类生物在98℃左右生长最好，当温度降至84℃时，即停止生长。其他的生物根本不能忍受这种生活条件。因为，当温度达到60～70℃时，一般生物体内的大分子即被破坏，以至死亡。

　　美国的一位核酸化学家柏斯(N. Pace)宣称，他发现了生长在 130℃以上高温条件中的生物无性系。他还提出了150℃可能是生命耐热性的上限。当然，他的推断还未经证实，仅仅是一种假设。

　　2．2 嗜酸类群 这类生物被称为Acidophiles，它们多半生活在火山区，或者是含硫量极为丰沛的地区。它们能把硫氧化成硫酸，形成极度酸性的环境，pH值竟达到1甚至更低。

　　有趣的是许多嗜酸生物，同时也喜高温。斯梯特就发现一族生活在96℃以上高温，pH值低于1的环境中的生物。它们被命名为Acidianus infernus。

　　2．3 嗜盐类群 一般海洋的含盐量约为3％，是许多生物极好的生活环境。而含盐量达25％的大盐湖，却极少有生物能够生存。因为这种条件会使生物细胞内的水分渗出，同时还会破坏正常的电解质平衡。但是，微生物学家琼纳斯克(H. Jannasch)，却发现了能够生存在含盐量高达36％盐液中的生物。他称它们为Halophiles。36％的盐溶液已不能溶解更多的盐分，几乎达到了饱和。另一位微生物学家斯多肯尼亚斯(W. Stoeckenius)，在观察嗜盐生物繁殖的时候，发现它们具有特殊的形状，其中有一种最引人注目。它们呈四方形，繁殖时，先向一个方向延长，然后分裂，形成另一个四方形，如此不断分裂，结果看起来就象是连在一起的一张张邮票。还有些嗜盐生物的群体，呈现红颜色。如果乘飞机飞越它们的繁殖区——海水的制盐蒸发池，从高空俯瞰就可以看到制盐蒸发池由深绿到深红的颜色变化：在蒸发的早期阶段，由于池内的藻类繁茂，颜色呈深绿色；随后，水分蒸发殆尽，盐分达到饱和，藻类全部死亡，绿色消失；剩下嗜盐生物，颜色就变为深红色。

　　2．4 嗜碱类群 与嗜盐类群同时生活在盐湖或盐池中的另一族生物，却非常耐碱。有人测试这类生物的生活环境中，溶液的pH值竟然达到11. 5以上，几乎达到了氨水的碱度，它们却能正常地生长和繁殖。

　　2．5 嗜压类群 美国的一位海洋学家亚扬诺斯(A. Yayanos)发现有些生物只有在最深的洋底才能生长。它们的生存条件之一，竟是巨大的压力。在实验室中，它们之中的一些种，能在1317 225～1418 550mpa压力下生长，换言之，它们可以在深为13～14km深的洋底生活。令人惊讶的是，其中的某些种至少需要3 0 3 9 7 5 mpa以上的压力，如果压力低于303 975mpa，就会停止生长。所以，有些科学家认为，它们的生命活动对海洋至关重要，由于它们的存在，才能让落入洋底的生物遗骸参与海洋有机质的再循环。

3 研究新类群生物及其生存条件的意义

　　3．1 耐热问题 这些嗜热生物，在高温条件下是怎样防止其蛋白质和核酸组分不被破坏，怎样形成在高温下能够启动的酶？这些抗高温的酶，其结构与正常的酶有什么不同？研究这些问题对于生物抗高温，或者是在高温条件下增加繁殖系数，达到增产、增益都有极为现实的意义。有人从嗜热生物的DNA不易被降解的途径进行研究，从中得到一种类组蛋白，具有保护作用。在离体培养的DNA中加入这种类组蛋白，DNA就能经受住比平常高30℃的温度。

　　3．2 耐酸问题 嗜酸生物在极度酸性环境中生活，其体内却能保持中性，pH值大约是7。那么，这是如何办到的呢？它们所具有的高度韧性的膜是如何形成、如何保持的呢？还有这种膜的泵功能强度究竟达到什么程度？这对提高一般生物的耐酸能力和培育耐酸生物具有巨大的诱惑力。目前，在生产上已经利用它们作商业性开采矿物之用，收益很大。特别是利用它们从低品位的矿物中，溶提贵重金属非常成功。另外，利用它们进行生物制酸，还可以达到节省投资、少消耗或不消耗能量的目的。

　　3．3 耐压问题 在高压下，生命如何适应和延续？从这个角度来研究细胞膜，对生物学家们，具有巨大的吸引力。因为，膜系统在生命科学中占有很重要的地位，它关系着生物与环境条件之间物质和能量的交换，以及生命如何形成、延续和发展等等重大课题。

　　例如，沿着膜系统这条线索，亚扬诺斯发现随着压力的增加，只有同时也增加不饱和的膜脂类，才能保持膜流体性的正常水平。一般说来，在压力增加的条件下，膜的通道也会相应地增加。但是，他们找到了一组能够调整压力影响的基因，这组基因在283 710mpa下表达，并通过它减少某些蛋白质的产出率，从而在压力增加的条件下，可以减少膜的通道，达到阻止体内的糖和其它营养成分，扩散到体外去的效果。

　　总之，研究这类生物及其对生活环境条件的适应性，具有很大的实际意义。因为，可以从中找出一般规律，用以指导生物技术，设计出能在高温、高压、高酸、高盐和高碱等不同条件下有活性的酶，开发出自动调节、自动修复的人工构造。再者，这些发现和研究，对探索地球上生命起源的问题也是大有俾益的。

李大卫，生物学通报，1995年第1期

寄生、共生、腐生

　　寄生是指一种生物长期或暂时生活在另一种生物的体内或体表，并从后者那里吸取营养物质来维持其生活的一种种间关系。营寄生生活的生物叫做寄生物；被侵害的生物叫做寄主，也叫宿主。

　　根据寄生的场所可把寄生物分为两类：一是寄生在寄主体内的，称为体内寄生物。如蛔虫、绦虫、血吸虫、病毒等。二是寄生在寄主体表的，称为体表寄生物。如虱、蚤、疥螨等。根据寄生的久暂，可分为永久寄生和暂时寄生两种。根据寄生对象可分为三类：一是专性寄生，是指寄生物必需在活的寄主体内才能生活，一旦脱离寄主就不能生存；二是兼性寄生，腐生为主，兼营寄生；三是兼性腐生，寄生为主，兼营腐生。大多数寄生物在其生活史中只寄生在一定的寄主中，但也有寄生物需要有两个或更多个寄主，称为转主寄生。

　　许多寄生者都有非常大的繁殖力或较强的生命力。寄生物的生命活动对寄主有多种危害，其影响的大小，取决于寄生物的数目多少、毒性大小以及被寄生者的抗性强弱。寄生的特点是一般不把寄主杀死，为了便于理解，可以把某些造成寄生死亡的寄生关系称为类寄生。例如赤眼蜂把卵产在螟虫的卵内，孵化出的幼虫以螟虫的卵为食，而导致螟虫死亡。

　　寄生现象在动物界非常普遍，在植物界也很多，如寄生在豆科植物中的菟丝子、檞寄生等。几乎所有生物在生活过程中，没有一种是不受寄生物侵害的，就连小小的细菌也受到噬菌体的寄生。

　　共生是指两种生物相互依赖共同生活在一起的一种种间关系。按照双方的利害关系，可分为三类：一是偏利共生关系，又称共栖。指两种生物生活在一起，其中一方受益，另一方无利但也无害的一种关系。如藤壶可以固着在鲸或一些软体动物的贝壳上，既得到了栖息地又得到了“宿主”的保护，还可以摄取“宿主”的一些残食，但对“宿主”没有危害。从广义的角度看，植物的附生关系也属于偏利共生关系。二是原始协作关系，又称互惠。是指两种生物共同生活在一起，彼此有利，但两者分开以后，各自都能正常生活的一种种间关系。因此它是一种暂时的合作关系，不是固定的联系方式。如寄居蟹和海葵的共同生活关系，某些鸟类和有蹄类动物的合作关系、稻田养鱼等。中学教材中的“共栖”就属于这一类。因此共栖概念可概括为：两种或两种以上各自能独立生活的生物共同生活在一起，对一方有利而对另一方无害或对双方有利的一种种间关系。三是互利共生关系，又称专性共生。是指两种不同的生物共同生活在一起，彼此受益且相互依存，如果分开双方都不能很好地生活甚至死亡。典型的例子是由真菌和藻类互利共生而构成的复合有机体——地衣，又如白蚁与消化道内的鞭毛虫类生物、人 与消化道内的多种微生物、豆科植物与根瘤菌的关系等。从进化意义上说，共生关系比寄生关系更为高级。不同种之间从一方得利一方受害的寄生关系发展到一方得利一方无害的偏利共生关系是一次进化。有许多学者认为，寄生关系和互利共生关系是由偏利共生关系进一步演化而来的。

　　腐生是指以分解已死的或腐烂的动植物和其他有机物来维持自身正常生活的一种生活方式。凡营腐生生活的生物称为腐生物，如大多数霉菌、酵母菌、细菌、放线菌和少数高等植物等。土壤腐生物是有机物分解和矿化作用的主体，是自然界中物质循环的必要环节。因此，腐生物在生态系统的物质循环和能量流动中起着十分重要的作用。

王旭雁

寄生现象种种

　　寄生现象在生物界中普遍存在，而寄生的方式也是多种多样。

一、常见的寄生方式

　　一种生物寄居在另一种生物的体内或体表，从中吸取营养物质来维持个体的生存并对寄主造成不同程度的伤害，如妨碍寄主的生长发育、降低寄主的生活力和生殖力，但一般不会引起寄主迅速死亡。这种寄生方式在动物各类群之间表现为外寄生和内寄生。如，虱、蚤等寄生在其他动物的体表属外寄生；蛔虫、绦虫、血吸虫、疟原虫等寄生在其他动物体内属内寄生。

　　这种寄生方式在植物各类群之间表现为全寄生和半寄生。例如，寄生在豆科植物上的菟丝子，不但从寄主体内取得水和无机盐，而且还要从寄主体取得光合作用产物，所以菟丝子的寄生方式属全寄生，因而对寄主造成的伤害较为严重。又例如，寄生在构、槐、榆等植物上的桑寄生和寄生在槲、榆、苹果植株上的槲寄生，它们通过变态的根深入寄主的丫杈中，由于桑寄生和槲寄生这些寄生植物中含有叶绿体，能进行光合作用，主要从寄主体内取得水和无机盐的供应，所以它们的寄生方式属半寄生。

二、性寄生(或生殖寄生)

　　这种寄生方式发生在同种生物的雌雄个体之间，其特点一般表现为雄性个体形体微小，构造简单，除生殖外其他生理机能退化，失去独立生活的能力，需寄居在雌性个体的体内或体表，依靠雌性个体而生活。这种寄生方式对本物种的雌雄生殖细胞结合极为有利。

　　例如，一种海生蠕虫——后螠，雄虫体长仅为雌虫的1/500，失去消化、运动等机能，寄生在雌虫的子宫中。又例如，一种生活在深海的角鮟鱇鱼，雄鱼仅达雌鱼体重的85％，独立生活能力较差，平时用口吸附在雌鱼的体表，以雌鱼的体液为食。

三、行为寄生

　　这种寄生方式不是由一种生物寄生在另一种生物的体内或体表，从而对寄生造成伤害，而是在某些本能行为上表现为一种动物占有另一种动物的“劳动”，让其无偿为自己服务。

　　这种寄生方式在鸟类中较为常见，如杜鹃的巢寄生就属于行为寄生。有一种杜鹃鸟本身没有筑巢、孵卵和育雏的本能行为，所以在产卵时就直接把卵产在其他小鸟如大苇莺的巢中。由于其卵和宿主的卵大小、形状、颜色、图案等方面都极为相似，巢寄主不能识别，就代其孵卵育雏。通常杜鹃鸟较巢寄主的雏鸟体型大，出壳早。它一旦出壳就将巢主的卵或雏鸟推出巢外，独自享受巢主的喂养。在鸟类中除杜鹃外还有一些啄木鸟、某些文鸟、几种野鸭等在筑巢、孵卵、育雏等行为上也进行巢寄生。

四、致死寄生(类寄生)

　　这种寄生方式的最大特点是寄生的结果造成寄主的死亡。致死寄生现象在昆虫和微生物中普遍存在。例如，赤眼蜂把卵产在螟蛾的卵中，当赤眼蜂的幼虫孵出时即以螟蛾卵中的营养物质为食，最后导致螟蛾卵功能的丧失，从而抑制螟蛾的繁殖，这就是人们用以进行的“以虫治虫”的方式之一。

　　又如名贵中药冬虫夏草是子囊菌亚门，麦角菌科的一种真菌寄生在鳞翅目昆虫草蝠蛾幼虫体内形成的产物。这类真菌秋冬侵入幼虫体内，春夏子座从昆虫体内长出，棒状直立，肉质，表现为“草”状。

　　再如噬菌体寄生在细菌内部导致细菌的解体也属致死寄生。在临床上，烧伤病人的创伤面，往往被绿脓杆菌感染，严重时会危及生命，如使用绿脓杆菌的噬菌体可有效地杀死绿脓杆菌。

韩立瑞，生物学教学，1993年第12期

浅谈共生关系

　　共生又叫互利共生，是两种生物彼此互利地生存在一起，缺此失彼都不能生存的一类种间关系，是生物之间相互关系的高度发展。共生的生物在生理上相互分工，互换生命活动的产物，在组织上形成了新的结构。地衣是众所周知的共生实例，它是藻类和菌类的共生体。除了地衣以外，在生物界的很多门类可以举出许多共生的例子来。昆虫纲等翅目的昆虫和其肠道中的鞭毛虫或细菌之间的关系就是共生关系。等翅目昆虫的肠道是鞭毛虫或细菌的栖身之所，它们帮助等翅目昆虫消化纤维素，而等翅目昆虫不仅为它们提供藏身之所，还给它们提供养料。若互相分离，两者都不能生存。

　　豆科植物和根瘤菌是又一个共生的的实例。根瘤菌存在于土壤中，是有鞭毛的杆菌。根瘤菌与豆科植物之间有一定的寄主特异性，但不十分严格，例如豌豆根瘤菌能与豌豆共生，也能与蚕豆共生，但不能与大豆共生。在整个共生阶段，根瘤菌被包围在寄主质膜所形成的侵入线中，在寄主内合成固氮酶。豆血红蛋白则系共生作用产物，具体讲，植物产生球蛋白，而血红素则由细菌合成。豆血红蛋白存在于植物细胞的液泡中，对氧具有很强的亲和力，因此对创造固氮作用所必须的厌氧条件是有利的。就这样细菌开始固氮。在植物体内细菌有赖于植物提供能量，而类菌体只能固氮而不能利用所固定的氮。所以豆科植物供给根瘤菌碳水化合物，根瘤菌供给植物氮素养料，从而形成互利共生关系。

　　动物与微生物之间共生现象的例子也很多。牛、羊等反刍动物与瘤胃微生物共生就是其中的一个例子。反刍动物的瘤胃的温度恒定、PH值保持在5.8—6.8之间，瘤胃中的CO2、CH4等气体造成无氧环境，大量的草料经过口腔后与唾液混合进入瘤胃中，为其中的微生物提供了丰富的营养物质。瘤胃微生物分解纤维素，为反刍动物提供糖类、氨基酸和维生素等营养。两者相互依赖，互惠共生。

　　人和人体肠道的正常菌群之间也是共生关系。人体肠道的正常菌群在一般情况下，它们的巨大数量足以排阻和抑制外来肠道致病菌的入侵，还为人提供维生素B1、B2、B12、K、叶酸等营养物质。而人体肠道为这些微生物提供良好的栖息场所。当人长期服用广谱抗生素致使肠道中正常菌群失调后，就会出现维生素缺乏症。

　　海洋生物群落中共生现象也十分普遍，如小丑鱼和海葵之间；某些小虾和海葵之间；珊瑚鳟和隆头鱼之类担任“清洁工作”的鱼之间的关系。太平洋中有一种大珊瑚——石芝，呈美丽的翠绿色，非常漂亮，这是因为其组织中共生着一种微小的海藻的缘故。

　　共生关系有非常重要的生态作用，据估计根瘤菌固定的氮约占生物固氮的40％。具有能够固定氮的块根的木本树种，通常是最先占领贫瘠的土壤。例如在阿拉斯加，赤杨由于块根中有共生固氮菌，故能很快占满整个冰碛土。

陈大照，中学生物学，1989年第3期

生物的共生与寄生

　　动物的共生与寄生是指一种动物个体与另一种动物个体之间的关系。共生是两种动物的个体发生互相合作关系，双方获得益处；而寄生则是一种动物个体寄宿在另一种动物身上，以吸取宿主身上营养物质求得生存。这些物种只有通过共生或寄生的方式才能完成其生活史，因此动物的共生或寄生是它们在长期的进化过程中获得的适应自然环境的生存方式。

　　寄居蟹与海葵共生。海葵固着在寄居蟹所寄居的螺壳上，通过寄居蟹的运动而扩大其取食范围，反过来寄居蟹可以海葵的刺细胞来防御敌害。白蚁与鞭毛虫共生又是一个典型的例子。白蚁的肠道为鞭毛虫提供了生活场所，而鞭毛虫可以帮助白蚁消化其所赖以生存的纤维。爬行动物中的“绿毛龟”与丝状藻类之间是共生现象的另一种形式，丝状藻借龟甲表面，作为附生的基底，从龟甲表层分泌物中吸取养料而滋生；当整个龟甲被丝状藻覆盖后，形似龟甲长满绿毛从而可逃避敌害。

　　寄生关系其实是一种广义的捕食关系。和狭义的捕食来比较，它是一种“蚕食”的方式。动物寄生现象极为多样，常见的是，原生动物寄生在较高等的动物体内；扁形动物和线形动物寄生在高等动物体内；寄生蜂寄生在鳞翅目动物体内。高等动物也有寄生现象，像七鳃鳗以外寄生方式寄生在其它鱼类体外。较为特殊的种类是鮟鱇鱼的雄体寄生在雌体的鳃盖内。

　　共生和寄生现象都是动物进化过程中经过长期自然选择的结果。共生现象作为二者的互利关系，为物种的生存和繁衍打下了基础。寄生现象虽然从表面看是对寄主有害的，这种有害性实际上对被寄生的某一物种而言，可以控制宿主种群个体数量在某一个水平上。因为宿主被寄生的几率和宿主种群的个体数量有关，种群个体数量越多，被寄生的个体越多。由此看来，寄生现象对某一物种来说，可使其种群保持在一个较为稳定的水平上，对该物种的生存是有好处的。同时当寄主的种群保持在一个稳定的状态时，寄生生物的种群数量也相应地保持在一个较为稳定的值上。

　　总之，共生和寄生是动物长期适应发展的结果，对参与共生和寄生的物种来说，都有一定的益处。

高海龙，中学生物教学，2000年第3期