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光影魔术师 海洋发光生物
《博物》杂志    2009-01-31 22:33:16    总评论数:0    总访问量:1064
光影魔术师 海洋发光生物
  •   漂浮的海光、热闹的“灯光秀”、暗藏杀机的的“灯诱”海洋,尤其是海底,并不是那么幽暗深邃,反倒是一个生机勃勃的世界。正是这样一群生物,它们堪称光的艺术家;它们,就是海洋发光生物。

萤火鱿又称萤乌贼,这种头足类动物令富山湾在夜色中变成一片五光十色的海岸,因而十分出名。

不单单是萤火鱿,同为头足类的发光章鱼也能发光

比头足类还要低等的水母属于腔肠动物,更是海中的发光高手。

当我们夜间航行于海上,会发现白天平静的海面突然热闹起来,五光十色的光斑如同焰火;伸手不见五指的大洋深处,曾经被认为是生命禁区的地带,也同样是光彩熠熠、五色斑斓。漂浮的海光、热闹的“灯光秀”、暗藏杀机的的“灯诱”海洋,尤其是海底,并不是那么幽暗深邃,反倒是一个生机勃勃的世界。正是这样一群生物,它们堪称光的艺术家;它们,就是海洋发光生物。

深海“萤火虫” 头足类出演的“灯光秀”

日本富山湾的海面,每年3~5月都因为这种海洋动物而散发迷人的光芒,这就是“萤火虫鱿鱼”。这种栖息在西太平洋几百米水下的无脊椎动物属于软体动物门头足纲,在鱿鱼大家族中它算是小个子成员,只能长到七八厘米长。

栖息在海洋中层带的萤火鱿只能勉强算作深海生物,但它们有着深海生物的特点—可以发光。头足类发光器的分布、大小及结构,都随动物垂直分布的深度而不同。萤火鱿的主要发光器长在触手尖端,它们用这些明暗闪烁的光来吸引猎物,然后用强有力的触手抓住猎物。

不仅如此,萤火鱿还能用整个身体出演一场精彩的“灯光秀”,它的身体覆盖着许多微小的发光器,可以协调一致地发光,或者交替发光构成无穷无尽的图案,这场表演可不是为了引诱猎物,可能是它们在同伴间传递重要信息。萤火鱿这些发光生物的共同点是发出微弱的蓝色和绿色的光线。水对光的吸收随着光的波长增长而增加,蓝光和绿光的波长短,在水中被吸收得比较少,而波长较长的红光则较容易被吸收,几乎是蓝光的100倍,而且难以反射,所以深海中红色的物体看起来就和黑色差不多。

萤火鱿是一种典型的昼夜垂直洄游动物,白天它们呆在大海深处,晚上它们回到海洋浅层寻找食物。繁殖季节,它们甚至能游到距离海岸很近的地方。富山湾的萤火鱿之所以那么规模盛大,甚至成为世界遗产,是因为富山湾有一个V形的海底山谷,海流经常由下往上涌,把大量萤火鱿推到了浅层,造出这片五光十色的海面。

夜光藻属(上图)和甲藻属(下图),都属于甲藻门植物,夜晚海上的“海火”现象,往往是大群的单细胞浮游生物甲藻,受到机械干扰后留下的光痕。甲藻几乎对任一种刺激都会有闪光反应,如海水中化学成分的波动、压力突变、超声波和激光刺激,都能使促它们发光,把大海渲染得分外神秘。

“海火” 浮游生物的歌

在大西洋的大巴哈马岛上,有一个奇妙的小湖,白天它和普通的湖泊一样,可是当夜晚泛舟其间,奇迹就会发生。湖水闪闪发光,就像燃烧的火焰,船桨激起万点“火光”,船周围飞起美丽的“火花”,甚至连跃出水面的鱼儿也“火星”四溅。这都不是火,而是湖中大量繁殖的海洋生物甲藻的“表演”。在它们受扰动,如船桨划动、鱼儿游动时,所含的荧光素就会因氧化作用而产生美丽的光。

海洋表层,尤其是温带和热带的海域,常聚集着单细胞的发光浮游生物,甲藻类是其中最重要的成员。浮游生物发光的现象在海洋中极为普遍,我国沿海地区自古就有记载,渔民们称之为“海火”。海火可以分为三类:乳状海火是细菌不经刺激就能产生不间断的连续发光;火花状海火是小型浮游生物经受刺激后,发出不连续的间断发光;而闪光海火是某些水母受刺激后产生的瞬间发光。

一些发光的浮游动物比如磷虾,有明显的集群习性,它们是形成深海散射层的主要动物之一。磷虾主要生活在距南极大陆不远的南大洋中,在某些海域十分密集。它的全身很多处都分布着球状发光器,磷光就从这里发出。磷虾集体洄游时相当壮观,形成长宽数百米的队伍,每立方米水中居然有3万多只,这些高密度的发光体,不但令白天的海面呈现一片浅褐色,也让夜间的海面荧光一片。

尽管长得凶恶,但深海的身长只有十几厘米。真正让这个凶恶的侏儒闻名于世的,是它古怪的身体结构。它没有肋骨,所以胃可以撑得很大,甚至吃下比自己大的鱼;强壮的牙齿向内倒钩,进了嘴的猎物休想逃出;它的胸鳍长有肉柄,可以在海底爬行。最神奇的还是它能够用头顶的发光器官捕食猎物,所以人们又称它为“深海钓鱼者”。

“灯诱” “钓鱼”的鱼

听说过吗?“灯笼鱼”呢?你是不是恍然大悟,脑海中立时浮现出这样一幅画面:嘴大身小的深色怪鱼,寒光闪闪的尖牙利齿,头顶酷似钓竿的结构,顶端还有个会发光的“小灯泡”,它们潜伏在海底守株待兔,捕食被“灯光”吸引的鱼类或其他生物。头上顶灯,这就是它最大的特点,所以英文名是Deep Sea Angler(深海钓鱼者),这种全球分布的凶猛鱼类属于目,正式的中文名称是深海,但很多人俗称它灯笼鱼。

头顶的“灯笼”是最为著名的“行头”,无论是中文俗称“灯笼鱼”,还是英文浑名“深海钓鱼者”,都来自它长长的特化脊骨以及尖端的一个发光器官,靠着发光器内的共生细菌“星星点灯”。深海一般是黑色的,而浅海的颜色则比较鲜艳,这是它们的保护伞。和环境浑然一体的“钓鱼者”,潜伏在暗处,猎物们则浑然不觉。狡猾的“钓鱼者”伸出“钓竿”,前后摇摆“诱饵”,不断闪烁,猎物很容易就被这些“一闪一闪亮晶晶”的东西所吸引,被“诱饵”吸引到足够近时,这位“钓鱼者”就用它强有力的大颌将其一口吞下。

海洋生物的发光类型有细胞外发光和细胞内发光两种。火体虫(上图)有发光腺,是一种细胞外发光的生物。而栉水母的发光是依靠体内的一种特殊蛋白。8条子午管一起放射出蓝光,这是一种细胞内发光的现象(下图)。

“霓虹灯” 如何点亮?

究竟有着什么特殊的道具,能让这些海洋动物散发出如此耀眼和绚丽的光线呢?

海洋生物的发光类型,可以归结为细胞内发光和细胞外发光两类。细胞内发光较为普遍,夜光藻是最常见的代表,当它的细胞受刺激时,细胞质中丝状排列的发光颗粒(一种拟脂蛋白)收缩,发出淡蓝色闪光。单细胞的甲藻和放射虫类,以及许多具有特化发光器的多细胞动物,如水母、磷虾和鱼类,都属于细胞内发光。

而“海里的萤火虫”海萤,当它受刺激时,就把微小的荧光素黄色颗粒和无色荧光酶颗粒一齐排入水中,反应产生浅蓝色光。这种不同于细胞内发光的、由生物腺体分泌排放出的物质发光,就是细胞外发光,齿裂虫、波叶海牛、柱头虫等,都属于细胞外发光。

不同生物的发光方式、时间长短也各不相同。细菌的发光是一种无氧呼吸的连续发光,其他生物一般都是受刺激后才发光:有的像海萤那样,发光细胞或发光物质贮存器受外部挤压,分泌物外流发光;有的像游水母那样,腺细胞本身受刺激排放内含物发光;夜光藻是激发作用引起细胞变化,导致发光物质的活化;磷虾和鱼类则是发光器发光。 (本文来源:《博物》杂志 ) 肖亮

不用依靠化学反应,很多鱼依靠体表的皮肤就能反射光线(上图)。珊瑚(下图)、海葵、水母、浮游生物和各种鱼类,因为有了它们的光,海洋呈现出一派生机勃勃的景象。近年来,人们对生物发光的了解日益深入,但是对于海洋来说,它未知的部分远远比我们已知的部分要多得多。

光 为生命而闪烁

在终年暗无天色的世界,光无疑是最好的媒介,发光对于海洋生物特别是中下层海域的生物,重要性不言而喻。除了诱捕食物以外,吸引异性、种群联系、黑暗中便于觅食和行动、迷惑敌人也是4个主要原因。

这些生活在黑暗世界的生物发明了一套求爱信号灯,来寻找自己的伴侣。它们独特的频率和各色光组合能让同类异性在众多“灯光”中发现自己,很多鱼类身上还会有一些特殊的光信号,只有同类才能发现,这就大大增加了相识的机会。深海头部的灯笼是雌性独有的标志,雄鱼借此来找到“新娘”。同时这些族群内部特有的信号也有利于识别同类,可以进行一定程度的同类沟通,起到信号语言的作用。

漆黑的海底给取食带来了很大难度,因为深海中几乎没有红光,所以这里的大部分动物无法辨识红色,很多动物的身体也都进化成为红色。与大多数发出蓝绿光的深海生物不同,有些肉食鱼类会制造红光,红光一出,红色的猎物便无所遁形,成了食肉鱼的腹中之物。

受到了生存的威胁,动物们也有相应的防御高招。碰到敌害时,有些种类的虾就开始旋转身体并释放发光液,吓退攻击的敌人,这些发光液还会附着于天敌体表,就可以随时观察天敌的行踪。而拟真刺水蚤为了躲避捕食,会释放如同深水炸弹般的延时发光液,追逐亮光的敌人免不了受骗。终极生物光防御武器则属于瓜皮帽水母,它在遇到敌情时会全身闪烁蓝光,用烟火般的灯光秀吓跑敌人。

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