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深海中的发光生命

发布时间:2019-01-24 20:34来源:于振海网作者:未知提取码:37944浏览:

深海中的发光生命
    在那漆黑一团的海洋深处,也时常会出现一些游动的点点“灯火”―那是形形色色、光怪陆离的发光生物。它们南来北往,忽明忽灭,发出的冷光,有橙、红、黄、绿、蓝、紫等各种颜色,仿佛是流星和焰火,又像是在“海底龙宫”举办的彩色缤纷的“提灯会”,给这座奇妙的海底世界带来了光明和生命的气息。
    这种生物发光的现象其实早为人们所熟知,最著名的当属陆地上的萤火虫。事实上,能发光的生物很多,原生动物、腔肠动物、蠕虫、环节动物、甲壳动物、昆虫、软体动物、棘皮动物、鱼类,甚至鸟类,都有能用各种形式放射出美丽的光亮的例子。
    生物发光也被称为生物冷光,是由生物体内一些物质的化学反应而引起的发光现象,即由化学能转化为光能。因此,生物发光是一种“化学发光”。生物发光和人工光源的发光过程是不一样的。人工光源(如电灯等)在发光的同时,还放出了大量的热,但当你把萤火虫攥在手里时,只会看到它一闪一闪地发光,却感觉不到热,这正是上述两种光源的本质的区别。
    不同种类的生物,发光的方式也不相同,一般说来,可分为下面三种:
    一种是“细胞内发光”。这种方式的发光,整个过程都是在生物体内的发光细胞里进行的,是发光蛋白在钙离子作用下不需氧的发光体系。这样的生物都有专门的发光器官。萤火虫的发光就属于这一种。
    一种是“细胞外发光”。采用这种方式发光的生物,在发光过程中要把引起发光的荧光素和荧光酶从发光细胞内排出,在体外相遇,氧化后因放出光量子而发光,例如海洋中的海萤、头虫、磷虫等发光动物。
    还有一种是“共栖细菌发光”,例如一些发光鱼类。由于在鱼的身体上附有共栖性的发光细菌,这些发光细菌在新陈代谢过程中会发出亮光。
    在海洋里,除了二次返回海洋的爬行动物和哺乳动物外,几乎在所有动物类群中都有能发光的物种。现已查明的能发光的物种就包括大约50多种原生动物、100余种腔肠动物、50余种蠕虫、200多种软体动物、150多种甲壳动物和300种左右的鱼类。
    虽然有的近海鱼类也能发光,如欧洲的鳕鱼、美国的蟾鱼、我国沿海的七星鱼等等。但海洋里发光的鱼,多数栖息于深海。据鱼类学家统计,生活在3000米深处的鱼,有发光器官的种类大约占45%,如角鲨、角、金眼鲷、长尾鳕和灯笼鱼等一些阔口鱼类,都是发光鱼类。
    海洋深处远不及浅水里那样光线充足、营养丰富,水的流动强而有力,温度和盐分的变动明显。在深海里,太阳光透不进去,没有植物或很少有植物;没有波浪,水的流动也相当缓慢;海床是由柔软的甚至是半流体的淤泥和黏土组成的;温度低,始终保持在0℃至2℃;海水的盐分也十分固定。此外,在深海区域内,二氧化碳接近液体状态,并导致连续不断的石灰质的溶解。
    因此,科学界曾认为,在这样一片漆黑、低温、强压的深海底根本不可能有生命的存在。因为在11000米的深水里,每平方厘米的压力大于1000千克!直到20世纪30年代,美国的科学工作者在水下923米深处捕到了动物。1949年,苏联生物学家又在太平洋8000米深处得到了动物标本。后来的研究进一步表明,虽然由于不利的生活条件,深水动物不论在量的方面,还是在质的方面,都不及高水位的动物发达,但在海洋深处,生命还是多种多样的,而且深海的恶劣生活环境,也造就出了具有特殊适应性的深海动物,并且在身体构造上具有许多相同的特点,许多深海动物都自备发光器官就是其中之一。
    鱼类的发光的器官一般由表皮和真皮演变而成,构造比较复杂,而且发光往往受其神经系统的控制。这些发光器官的构造很巧妙,通常位于透明的发光壳内,上面又有多层薄膜;底层光滑而透明,为反光膜;第二层是发光细胞和神经细胞组成的发光膜,是发光器的主要部分;第三层是透明的输送膜,专门供应发光器所需要的氧气和水分;最外面一层是透明的发光壳膜,它的主要作用是保护发光器。
    鱼体上发光器官的大小、数目、形状和位置,也因鱼的种类而各有不同。大多数鱼类的发光器官是分布在腹部两侧,但也有生长在眼缘下方、背侧、尾部或触须末端的。例如长尾鳕,它是一类栖息在大洋底部的深海鱼类,因尾部尖长而得名。它的发光器大多位于腹部或肛门附近的皮肤下面,里面也窝藏着发光细菌。长尾鳕依靠收缩肌肉把发光细菌从发光器的开口处排出体外,发出光来。生活在200~600米深海岩石地带的金眼鲷,发光器位于眼的下方,看上去好似提灯的游客。它是大约1亿年前的中生代末期就已经存在的鱼类,并被推想为现今最繁盛的鲈类的祖先。它们有腹鳍、尾鳍的筋是柔软的等原始性的特征,也有背鳍、背骨有刺等进化性特征。生活在深海里的角鲨的发光器很小,散布在皮肤内,结构简单,数目很多,能发出强烈而灿烂的浅绿色光亮。即使在死亡3小时后,它还会发光。角鲨在外形上很好辨认,它的两个背鳍的前面都有一个很硬的刺(称为棘),俗称“角”,故名角鲨。
    发光鱼中最有趣的是灯笼鱼目的种类。灯笼鱼目都是小型深海发光鱼类,共有376种左右,我国有48种,包括丰灯鱼、尖吻灯鱼、锦灯鱼、星灯鱼、琥珀灯鱼、明灯鱼、底灯鱼、壮灯鱼、标灯鱼、栉灯鱼、虹灯鱼、珍灯鱼等等。灯笼鱼在头部和身体腹面两侧等都有许多发光器官,位置多达20多个,各部位的发光器都有专门的名称,如眶前发光器、鼻背发光器、鳃盖发光器、臀上发光器等,这成为对它们进行分类的重要依据之一。
    科学家认为,深海鱼类的发光给它们带来的益处是多方面的。比如大多数发光鱼类种族之间的联系,就是靠发光来进行的。由于各种发光鱼具有不同数目的发光器官,其位置及发光的强度各有不同,所以成为同种间进行辨认,从而进行相互联系的一种标志。特别是这些鱼类每到生殖季节,就发出亮光作为求偶的信号,招惹异性前来交配,达到繁衍后代的目的。发光也能使它们有效地防御敌害。例如有的灯笼鱼的尾部追逐器,可以突然发出亮,借突然的一片光幕,使来敌大吃一惊,自己却趁机溜之大吉。
    有的发光鱼还充分利用发光这个有利条件,设下陷阱引诱趋光生物作为食饵。深海鱼类角就是一个著名的例子。
    角首先因雄鱼奇特的寄生生活而著称。它的成年雄鱼的身体很小,寄生在比它大几倍甚至十几倍的雌鱼身上。雄鱼的唇和舌与雌鱼的皮肤紧密地连接在一起,根本无法分开了。而且,雄鱼身上的器官,除了与生殖有关的以外,几乎全部退化殆尽,已经无法在它们身上找到口腔、下颚、牙齿、鳍和鳃等器官的明显特征,所以它们只能靠吸吮雌鱼身上流动的血液来维持生命。
    角雌鱼的身躯圆圆的,嘴巴大大的,头部伸着一根又长、又软、又能活动的背鳍骨线,尖端长着一个像小灯笼似的膨大的穗子,活像一根钓鱼竿。它“钓具”上发光的诱饵,就是背鳍条延长转化成的发光器。它们常常把身躯藏在泥沙里,把线伸出外面,模样儿真像一个提着钓竿的“老渔翁”。那些见光奔过来的趋光鱼,往往会把在水里摆动着的这盏小灯笼误认为是可口的食物,上去就是一口,想把它吞下去,结果只能是自投罗网。角就在这时把大嘴一张,周围的海水突然下陷,那条贪吃的鱼儿就进了它的嘴里,成为它的一顿美餐!
    同样生活在深海中的穗鳍鱼也是精通此道的“能手”。它的“鱼竿”就更奇妙了,由于背鳍骨线变化得更多,仿佛是呈树枝状的一系列钓竿,每根竿上尖端地方都长有一小块穗子,这种“引鱼上钩”的膨胀物―“诱饵”,能全天候地“诱敌深入”,因为它能不停地发出萤光。一些小鱼的趋光性根本就抵挡不住“萤光膨胀物”的诱惑,自投罗网而成了穗鳍鱼的口中之食。这样的例子还有很多。在加勒比海生活的一种有趣的鱼,身长只有15厘米,眼睛下面有一个白色的“袋子”,能发出白色的光。在漆黑无边的深海中,它平时就靠发出的光吸引和捕食小鱼。而在它发现危险的时候,还能自动把光关掉,就像是一个可以自动开关的手电筒一样,因此被人们称为“大西洋电筒鱼”。
    由于深海鱼类和其他生物由化学能变为光能的效率很高,几乎能达到90%。因此,这一现象给人们很大的启示:人们不仅研制成功了发光效率高日光灯,还考虑制造能给矿井下的照明提供安全保障、可避免瓦斯爆炸等事故发生的新光源―“冷光灯”。这种冷光灯的应用无疑有着广阔的前景,例如在扫除磁性水雷时,可避免磁雷爆炸。现在,人们已经能够初步采用掺和某些化学物质的方法,得到类似于生物光的冷光。许多研究者也在继续深入探讨生物发光的机理,希望能够从中得到某些启示,以便制造出高效人工冷光源。看来,人类大规模使用冷光源照明的日子,可能为期不远了。到那时,不仅会出现各种低价的冷光发光体,而且还能装饰出冷光发光墙,那可真是“夜如白昼”了。
    深海是地球上最大的生物多样性宝库之一。目前,人类对海底世界的了解大约只有1%,对于深海物种及其生存环境更是知之甚少。人类对深海的开发才刚刚开始,就已经证明深海的物种丰富度远远超过人们的想象。这表明,生物进化巧妙地设计了深海鱼类和其他动物,使它们能很好地适应深海这一明显不利的环境。
    令人遗憾的是,深海这个世界上最大的生态系统目前正在遭到日益严重的威胁,深海鱼类和其他海洋动物资源逐渐衰竭,而且这种威胁很大程度上来自人类活动,特别是过度捕捞。例如,过度捕捞和破坏性的捕鱼方法,特别是拖网捕鱼作业,已经导致生活于北大西洋深海的深海长尾鳕、北大西洋长尾鳕、蓝鳕、刺鳗和棘尾深海鳐等五种深海鱼类数量急剧下降,从1978年到1994年的5年间,这5种深海鱼种群的相对丰富度就下降了89%到98%,已经濒于灭绝,前景不容乐观。
    从前,海洋渔业主要集中于浅海。由于过度捕捞导致浅海鱼类数量急剧下降后,人们又将捕捞的目标转向深海。对此,人们必须及时采取有效的管理措施,否则过度捕捞或破坏性的捕鱼方法必将对具有丰富物种的深海生态系统造成严重破坏,而这些生态系统的生物多样性有许多是人类目前尚未了解的,具有巨大的潜在价值。
 

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