本文将介绍
什么是涡虫?快速概述
涡虫或Planarians(单数:Planarian)也被称为“对眼虫”。它们是一群微小的扁形虫，属于扁形虫门。它们是自由生活的有机体，广泛分布在各种淡水习性中。
[在这幅图中]在显微镜下观察的涡虫，一种微小的扁形虫。
图片来源:Sinhya / Getty Images
涡虫很小，大约3到15毫米(0.1到0.6英寸)，所以很容易被忽视。然而，涡虫可能是你见过的最奇怪的蠕虫。它们有一个柔软的，叶状的身体，上面覆盖着细小的毛(纤毛)。它们的黑桃形头部有两只眼睛(有时是对眼)。
[在这幅图中]一个有箭头状头部和两个对眼的涡虫。
图片来源:皇家不列颠哥伦比亚博物馆
也许最奇怪的事情是涡虫被切成碎片;每一块都能再生成完全成形的蠕虫。假设你把一个涡虫切成五块。它会重新长出5种不同的涡虫。它们不同寻常的特性使它们在科学界得到广泛研究。
[在这幅图中]左图:一个涡虫被切成碎片。右图:在第12天，一个碎片长出了新的头和尾巴。
图片来源:乔什·卡西迪/ kq
在本文中，您将了解这些神奇动物的解剖学和行为。然后，我们将详细介绍它们卓越的再生能力。我将向你展示涡虫的几个有趣的科学发现，包括涡虫再生为“三个头”!
涡虫的分类。扁形蠕虫门
涡虫是一个总称，包括许多扁形虫属的传统纲。扁形虫属是扁形虫门的三个分支之一。大部分的涡虫是自由生活的扁形虫。有些种类的湍流虫是寄生的，这意味着它们从另一种活的动物的身体中获得营养。一般来说，我们不会称这些寄生虫为涡虫。
[在这幅图中]扁形动物的门。
扁形动物门包括扁形虫。“Platy”是扁平的意思，“helminth”是蠕虫的意思。它们可以分为三大类:(1)涡虫纲:自由生活的扁虫，比如真涡虫(淡水)和分裂的扁形虫(海洋);（2）吸虫纲感染宿主内脏的寄生吸虫。例:吸虫引起血吸虫病——吸虫虫卵堵塞患者血管;（3）绦虫类:寄生绦虫，如猪肉绦虫和牛肉绦虫，身体长如蛇，头部有吸盘/钩，可吸附在寄主的肠壁上。
科学的分类
王国:动物界
门:扁形动物门
类:Rhabditophora
进化枝:Adiaphanida
秩序:Tricladida
家庭:Planariidae
(参考:维基）
涡虫长什么样?
涡虫有各种各样的颜色、大小和头部形状。在教室和实验室中最常使用的涡虫是棕色涡虫Girardia tigrina．其他常用的品种是黑鱼涡虫maculata而且Girardia dorotocephala．最近,Schmidtea mediterranea也成为分子生物学和基因组学研究的流行模式生物。
[在这幅图中]涡虫识别键。这是西密歇根大学温蒂·斯科特·比恩实验室研究的几种涡虫。涡虫物种可以通过头部形状和身体色素来区分。
图片来源:比恩实验室
[在这幅图中]Rhabdocoela是另一种常与涡虫混淆的扁虫。
Rhabdocoels它们也是与白色涡虫大小/颜色相似的自由生物。然而，当并排比较时，差异变得很明显——头部的形状。涡虫通常有一个三角形的头和一个Rhabdocoela有一个圆头。
图片来源:fishlab
我在哪里可以找到涡虫?
涡虫在世界上许多地方都很常见。大多数涡虫生活在淡水池塘和河流中，通常在岩石或水生植物下。有些海洋生物生活在盐水中。有些品种是陆生的，可以在原木下、土壤里或土壤上找到，也可以在潮湿地区的植物上找到。
涡虫不能忍受被污染的水。因此，它们常被作为水生生态系统的生物指标来研究。
[在这幅图中]陆生涡虫(奥巴马nungara)生活在苔藓中。
图片来源:维基
[在这幅图中]淡水涡虫(Dugesia gonocephala)在一片叶子上移动。
图片来源:Jan Hamrsky
涡虫的身体结构
[在这幅图中]涡虫的解剖结构，显示其消化系统(紫色)、排泄系统(绿色)和神经系统(黄色)。
图片来源:cuttingclass
大小
涡虫的体长通常约为3至15毫米(0.1至0.6英寸);有些可以长到30厘米(约1英尺)长。
[在这幅图中]有些陆地涡虫比生活在水中的涡虫长得多。
图片来源:野生动物信托基金
颜色
热带物种的颜色通常很鲜艳。北美属的成员Dugesia是黑色、灰色或棕色的。
[在这幅图中]棕色斑点涡虫(Dugesia tigrine)．
图片来源:马克·珀金斯
身体
涡虫的身体是柔软的(没有骨架)和叶状的(两侧对称)。底部表面覆盖着微小的毛发，叫做纤毛．黑桃形的头部有两只眼睛，有时还有耳廓。尾巴是尖的。
涡虫有三层生殖细胞(即外胚层、中胚层和内胚层)，与人类相同。它们有一个坚实的身体，没有体腔(称为腔体)。
[在这幅图中]原体表:外胚层(外部)、内胚层(内部)和中胚层(外胚层和内胚层之间的组织中间层)。
图片来源:开头字母
皮肤，肌肉和纤毛
涡虫的皮肤(真皮层)被纤毛(细毛)和凝胶状粘液覆盖。涡虫通过拍打纤毛移动，使它们在黏液膜上滑动。有些还通过皮肤下肌肉的收缩，通过整个身体的波动(平稳地上下移动)移动。
[此图中]地中海地中海菌纤毛的电子显微镜图．
涡虫身体的整个腹(腹部)表面由高度纤毛的上皮细胞组成。
图片来源:语义的学者
眼睛
一些涡虫物种有两个眼点(也称为眼点)。这很有趣，因为它看起来像涡虫有对眼。然而，有些物种可能有几个眼睛斑点。例如，有一个物种，Polycelis felina甚至有20多只眼睛。
[在这幅图中]Polycelis felina它的头上可以有20多个眼点。
修改后的eaufrance
这些眼点由能检测光强度的感光细胞组成。涡虫用它们的眼睛远离明亮的光源。
[在这幅图中]深色部分是充满色素的细胞，部分包围着光感觉神经元，从一侧遮蔽它们(因此使它们能够在没有晶状体、视网膜或活动眼的情况下探测光的方向)。
图片来源:帕斯金t.r.等人，《公共科学图书馆•综合》, 2014年
耳廓
有些涡虫的头上有两个像耳朵一样的结构，叫做耳廓。耳廓听不到声音，但能感觉到触摸。
[在这幅图中]棕色斑点涡虫(Dugesia tigrine)．你可以在它的头上看到两个眼点和耳廓。
图片来源:马克·珀金斯
涡虫的器官系统
涡虫很小，但并不简单。一个体长6毫米的涡虫大约含有6×105(60万个)细胞。它们有几个独特的器官系统，和我们的功能一样。
[在这幅图中]涡虫有四个器官系统:消化系统、神经系统、生殖系统和排泄系统。
图片来源:卡尔森股票艺术
消化系统
涡虫的消化道只有一个开口，由嘴、咽和胃血管腔组成。涡虫的嘴离眼睛并不近。相反，它的嘴位于身体下方的中心(有时甚至更靠近尾巴)。咽连接嘴和胃血管腔，胃血管腔在全身分支。
[在这幅图中]在涡虫的解剖图中，你可以看到它的咽从嘴巴里伸出来。
小型无脊椎动物或动物尸体被肌肉发达的咽部吞进嘴里。食物随后在高度分支的胃血管腔内消化。涡虫(如图所示)有一个前支和两个后支。
图片来源:动物学
[在这幅图中]涡虫靠突出它的咽吸食物来进食。
图片来源:马克·珀金斯
涡虫的消化道只有一个开口。所以，它的嘴也是它的肛门，排出未消化的食物残渣。
[在这幅图中]一个完整保存的涡虫胃血管腔(肠道)被墨水填满后。在身体的中心是咽，一个长长的管状结构，从身体延伸到食物。
图片来源:马克·珀金斯
排泄系统
令人惊讶的是，涡虫有一个系统来执行排泄功能像我们的肾脏．
这个原始的排泄系统由连接到高度分支的导管网络的小管组成。这些小管在身体两侧都有小孔。废物会通过这些毛孔分泌出来。
这些形成小管的细胞叫做火焰细胞(或protonephridia)。火焰细胞之所以被命名，是因为它们有一簇纤毛，在显微镜下看起来像闪烁的火焰。
火焰细胞的功能就像我们肾脏中的肾元，通过过滤去除废物。纤毛推动废物沿小管向下，通过在体表打开的排泄孔排出体外。纤毛也从间质液中吸取水分，以便过滤。排泄后，任何有用的营养物质都会被细胞重新吸收。
[在这幅图中]涡虫的排泄系统由小管组成，小管与身体两侧的排泄孔相连。火焰细胞利用它们的纤毛推动废物进入由管状细胞形成的小管。
图片来源:Flatwormz
神经系统
涡虫的神经系统由两条贯穿全身的相互连接的神经索组成。他们还有两个大的神经节(就像原始的大脑)和头部的眼点。这些神经索把神经节和光感觉细胞或化学感觉细胞连接在一起。
头部区域的神经节(单数=神经节)将感觉细胞的信息通过神经索传递到身体的其他部位。神经索可以控制身体肌肉，让蠕虫移动或进食。
[在这张图片中]Planarian的神经系统。
大脑神经节是一组双裂的神经组织，有时被称为涡虫的“大脑”。从神经节开始，两条神经索一直延伸到尾巴。许多横神经连接在两个神经索之间，使神经系统看起来像一个梯子。有了这个神经系统，涡虫就能以协调的方式移动。
图片来源:拜伦Inouye
涡虫至少能感知三种形式的刺激并作出反应:
- 光:眼斑可以探测到光线，并使扁虫对光线作出反应。
- 化学物质:它们头部侧面的窝可以让它们闻到气味。
- 触摸:位于头部两侧的耳廓可以感知触觉，并使蠕虫作出反应。
科学家甚至发现涡虫有一种简单的学习能力。出于天性，涡虫会远离光。然而，经过食物训练后，它可以学会待在阳光下。
[在这幅图中]涡虫对食物的反应是积极的强化。
图片来源:Study.com
生殖系统
所有涡虫雌雄同体这意味着单个动物同时拥有雌性和雄性的生殖器官。这两个部分共用一个叫做淋孔的开口，它位于身体后半部分的腹侧。
[在这幅图中]涡虫的生殖系统。
图片来源:维基
涡虫的繁殖
涡虫可以无性繁殖，也可以有性繁殖。无性繁殖通过裂变是常见的。在裂变过程中，涡虫基本上是用尾巴把自己附着起来，然后伸展，直到它们把自己分开，分裂成两部分!头部碎片将再生一个新的尾部，尾部碎片将再生一个新的头部。两周后，你就会有两条蠕虫而不是一条——它们的基因都是一样的!
在性方面，涡虫是雌雄同体的，既有睾丸也有卵巢。然而，有性繁殖需要两个个体。因此，它们中的一个配子会与另一个涡虫的配子结合。卵在体内发育，以胶囊形式排出体外。几周后，虫卵孵化并长成新的蠕虫。
[在这幅图中]在茎上的涡虫卵囊。
图片来源:Jan Hamrsky
涡虫的行为和问答
涡虫是如何呼吸的?
涡虫既没有循环系统也没有呼吸系统。因此，它们通过扩散呼吸。这必然限制了涡虫身体的厚度，使它们成为“扁平的”蠕虫。
涡虫是怎么移动的?
涡虫利用腹部表面的纤毛在表面上移动。它们可以分泌一层凝胶状的粘液作为润滑剂。它们也通过收缩肌肉以波动运动游泳或爬行像鼻涕虫。这些肌肉由神经索控制和协调。
[在这个视频中]在显微镜下看涡虫是如何运动的。
涡虫吃什么?
涡虫的饲料选择可分为两组。一群涡虫在享用废物。动植物的残骸，甚至粪便，都是涡虫的美味佳肴。
另一方面，一些涡虫是成功的捕食者，它们捕食蠕虫、蜗牛和小型节肢动物，如水蚤、等足类动物和小虾。
涡虫通过用它肌肉发达的嘴吸吮食物(可能是活的或死的小动物)来进食。食物从口腔经咽进入肠道，在那里被消化酶消化。然后它的营养物质通过胃血管腔的分支扩散到涡虫的其他部位。
[在这个视频中]在显微镜下看涡虫是如何进食的。
有些物种可以从口腔分泌消化酶，从外部消化食物。然后，涡虫把消化好的食物吸进体内。
涡虫对人类有害吗?
自由生活的涡虫(包括涡虫纲的大多数成员)不是寄生虫，对人类无害。然而，涡虫的表亲吸虫类(吸虫类)和卵虫类(绦虫类)可能是体内寄生虫。其中一些寄生虫可引起严重的人类疾病，包括血吸虫病(通过吸血吸虫)和带绦虫病(通过吸血吸虫)绦虫saginata=牛肉绦虫或有钩绦虫=猪肉绦虫)。
[在这幅图中]绦虫(绦虫sp。)感染(带绦虫病)发生时，人类食用生的或未煮熟的受感染的肉类。
涡虫的超强再生能力
涡虫的非凡之处就在于它们可以从原来的一小部分再生出一整条蠕虫。例如，一个涡虫被切成三块(头、身体、尾巴)会再生成三个独立的个体。你甚至可以创造一个三头涡虫，如果你在它的头上做两个切口。
[在这幅图中](A)在高中和大学一年级的实验室里，最常使用的涡虫是棕色的Girardia tigrina．(B)涡虫被切成三块(头、身、尾)会再生成三个独立的个体。(C)涡虫头上的两个切口可以再生成三头涡虫。
涡虫之所以能做到这一点，是因为它们身体的大约25%是由成体干细胞组成的，成体干细胞能够再生所有组织。此外，这些新细胞知道如何以正确的方式重建身体——只长一个头而不是两个。
[在这幅图中]涡虫的再生在短短两周内就完成了。
图片来源:比恩实验室
[在这个视频中]涡虫再生过程的延时记录。
在实验室里，科学家们利用涡虫作为模型生物来进一步了解再生过程。最终目标将是再生医学。如果我们能弄清楚如何将涡虫的再生能力复制到人类病人身上，他/她可能会通过替换受损的器官或失去的肢体来治愈自己。
查看邮件”涡虫的超强再生能力来了解更多。我们将向你展示科学家是如何从细胞生物学和基因功能的层面研究这一惊人的过程的。
[在这幅图中]当科学家从涡虫体内取出一个关键基因时，它会混淆并再生成一个多头涡虫。
图片来源:彼得Reddien
你也可以阅读我们的文章“什么是诱导多能干细胞(iPSC)?“去学习最有前途的生物技术，也许有一天再生医学会成为现实!”
如何为你的微观项目获取涡旋虫
涡虫可以在各种未受污染的淡水习性中找到。因为它们喜欢远离明亮的阳光，它们通常被发现在岩石、原木和小溪、池塘和泉水的碎片下。试着把一块石头翻过来看看能不能找到一块。你可以用一滴把涡旋菌吸到管子或盘子里。
[在这幅图中]许多涡虫栖息在岩石的底部。
涡虫被大多数的水族认为是一种害虫。这些扁形虫可以迅速繁殖，在鱼缸里造成问题。出于这个原因，如果你能在朋友的鱼缸或水族商店里发现涡虫，你可能可以免费得到它们。
[在这幅图中]涡虫在这个鱼缸里大量生长，并滑过水族馆的玻璃。
图片来源:fishlab
[在这幅图中]涡虫陷阱。
对于一个有严重的蠕虫问题的鱼缸，养水者可以放置涡虫陷阱来捕获和清除涡虫——用生鸡肉作为诱饵!
图片来源:亚马逊
[在这幅图中]涡虫虽小，但肉眼可见。
图片来源:比恩实验室
[在这幅图中]你可以用滴管小心地移动涡虫。
图片来源:霍华德·休斯医学研究所/ BioInteractive
总结
1.涡虫是一群自由生活的扁形虫。与扁形虫门的其他寄生蠕虫不同，涡虫通常对人类无害。
2.涡虫有几个原始的器官系统-消化系统，神经系统，生殖系统和排泄系统。
3.涡虫的特征是头上有两个眼点。眼点可以帮助涡虫感知光线并做出反应。
4.涡虫有原始的大脑和神经系统。
5.涡虫的非凡之处就在于它们可以从原来的一小部分再生出一整条蠕虫。
6.科学家们正试图弄清楚这种再生是如何发生的。希望有一天，我们可以向涡虫学习，以取代失去的器官或四肢。
参考文献
涡虫:可爱的扁虫
“与涡虫一起探索再生和干细胞生物学的实践课堂活动”
“类型还是州?”细胞动力学和再生潜力"
