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无脑天才：水母的神奇自我修复术
环境资讯中心作者吴岱芝 | 环境资讯中心 – 2015年9月22日 上午5:00
作者：冯加伶
自我修复，对生物而言是非常重要的能力。不小心跌倒擦伤时，我们有能力制造新的细胞
来修补受损组织；尾巴断掉时（如果你是特定种类蜥蜴的话），组织能够再度增生长出一
条新的尾巴。
直到最近，加州理工学院的科学家在月亮水母身上发现了一种全新的自我修复机制，不同
于一般生物急着制造新组织，它们先将身上现有的组织重新排列，把恢复对称性当作首要
之务。
许多研究再生能力的科学家，都利用容易饲养和观察的水螅做为研究对象，但是加州理工
学院的生物学家 Lea Goentoro 、学生 Michael Abrams 和研究助理 Ty Basinger ，则
对另外一种生物──月亮水母（Aurelia aurita）更有兴趣。水族馆饲养的月亮水母。图
片来源：Brian & Jaclyn Drum（CC BY-NC-SA 2.0）。
女大18变变变！
月亮水母，又称作海月水母，分布范围很广，从大西洋、太平洋和印度洋都可以见到它们
的身影。透明半圆形的水母体直径大约5～40公分，边缘有着许多细小的触手，用来捕食
浮游生物，再透过纤毛运动将食物送入口中。
水母体中央有四个指环般的精致花纹，这些独特花纹可不是虚有其表，它们其实是水母的
生殖腺，肩负著传宗接代的重责大任，让公的成熟水母能够制造精子、母的成熟水母能够
制造卵子，进行有性生殖。
成熟水母聚集在一起时，会将精子、卵子释放到海水中，成功结合的受精卵会发育成浮浪
幼体（planula）。扁平椭圆形的浮浪幼体，有着细小的纤毛、在海中随波逐流，直到附
著于平滑礁石或海床上，就会开始准备大变身，变成水螅体水母（polyp）。这个时期的
水母就像是迷你版的海葵，小小的水螅体不停地被复制，无性生殖可以持续好几个月、甚
至是好几年，只要受到环境因子的刺激就会出芽，变成有如马车轮子般的碟状幼生（
ephyra），再从碟状幼生逐渐发展成我们所熟悉的半圆形水母。如此看来，水母真的是标
准女大18变的生物呀！
科学家挑选了月亮水母的碟状幼生进行伤口修复机制的研究，碟状幼生直径约3～5mm，只
有圆盘状的身体及八只对称的触手，透明简单的结构让科学家更容易观察自我修复的过程
。研究人员先将月亮水母的碟状幼生麻醉，再用刀片将水母的触手切除（截肢）变成仅有
七、六、五、四、三只或两只触手不等，再把水母放回人工海水的饲养环境中，定时观察
它们的复原情况。月亮水母的生活史。图片来源：Te Ara – The Encyclopedia of New
Zealand。月亮水母的碟状幼生。图片来源：c Norman T Nicoll /
naturalvisions.co.uk。
截肢数小时后，水母的伤口就会开始愈合，然而，接下来的发展则出乎研究人员的意料之
外。失去的触手不但没有长出来，水母反而像追求黄金比例的艺术家，开始重新配置现有
的组织，让仅存的触手能够平均地分布。如下图所示，原本剩下两只相邻的触手，居然变
成了一上一下的对称排列；剩下四只相邻触手的截肢水母，则变成了十字形。而且无论是
断几只触手，水母所采用的策略都一样，那就是通通都要恢复对称！月亮水母利用调整触
手位置，重新恢复辐射对称性。A. 截肢示意图。 B和C. 剩有五只触手和三只触手的水母
，在被截肢后的两天内都没有再生新的触手，而是重新恢复对称性。D. 无论断几只触手
的水母，都采用相同的策略。（照片中的比例尺为1 mm）。图片来源：Abrams et al.,
2015. Self-repairing symmetry in jellyfish through mechanically driven
reorganization。
这是一个完全不同的自我修复策略，其他动物会先修复、再增生把失去的部分补回来，但
是月亮水母不会制造新的细胞、也不会分解现有的细胞，而是重新排列现有的组织，恢复
其辐射对称性。而且，除了月亮水母，研究人员发现其他水母，如赤水母（Chrysaora
pacifica）、倒立水母（Mastigias sp.）和蛋黄水母（Cotylorhiza tuberculata）也有
重现辐射对称性的再生策略。A. 月亮水母、B . 赤水母、C. 倒立水母和D. 蛋黄水母等
其他种类的水母被截肢后，也会采用重现辐射对称性的再生策略。图片来源：Abrams et
al., 2015. Self-repairing symmetry in jellyfish through mechanically driven
reorganization。辐射对称的重要性
不同于人类或其他“两侧对称”的动物，水母和其他海洋生物，如海胆、海星和海葵，都
是属于“辐射对称”的生物，它们的身体无法区分左右，上半部和下半部也明显不同。但
是如果把辐射对称的生物从通过身体中央的纵轴切开，任何剖面皆可以切成相等的两半。
海绵（无对称）、珊瑚虫（辐射对称）和山羊（两侧对称）的对称性示意图。图片来源：
OpenStax CNX。（CC BY 4.0）。
对水母来说，辐射对称是生活的必需，无论移动，还是摄食都要仰赖对称性。水母移动时
会摆动触手，而触手之间有层厚厚的黏液，让触手变成有如桨一般的连续表面，能够增加
触手摆动时的推进力，推进的同时也让周围的水和食物进入口中。所以，如果某几只触手
之间有个特别大的空隙，天然的桨也就失效了。而对称性除了有助于游泳和摄食，也是活
命的关键，如果截肢水母没有办法重新恢复对称性，之后则无法顺利发展成正常的水母体
。G.具有对称性的截肢水母，能够持续发展成正长的水母体。H. 缺乏对称性的截肢水母
，则无法顺利生长。（照片中的比例尺为1 mm）。图片来源：Abrams et al., 2015.
Self-repairing symmetry in jellyfish through mechanically driven
reorganization。
为了解开水母自我修复术的谜团，中央研究院的郭青龄副研究员也参与此项研究计画，协
助建构演算系统来模拟水母重建对称性的过程。透过演算系统和实验，科学家发现“机械
力”和“黏弹性”，这两种特性是水母能重建对称性的关键。
机械力是水母收缩肌肉时所产生的力。科学家在海水中加入肌肉松弛剂，让水母的收缩动
作变慢，结果截肢水母恢复对称性的速度也跟着变慢了。相反的，在镁浓度较低的特制人
工海水中（镁可以让肌肉放松），水母的肌肉加速收缩，也让对称性的恢复速度变快了。
加上水母组织的黏弹性，形容构成水母身体的透明胶状物质，让组织富有弹性，有助于肌
肉收缩 。
没有大脑、结构简单的水母，却拥有如此复杂、有效率的自我修复机制。不同于生物体的
细胞增生，这种机械力和黏弹性，能够转换成科技技术、应用于生物材料的开发，说不定
在不久的将来，就会有效法水母，具有自我修复能力的机器人问世了。
然而自然界中还有许许多多的生物，其中又隐藏了多少奥妙，等着我们去发掘和学习呢？
【延伸阅读】
-潮间带的化学特战队：海兔
5.备注: 自我感觉良好!!!!!