這種蝸牛全身盔甲,還自帶食品工廠!

2021-01-09 蝌蚪五線譜

這種蝸牛背的不是「房子」,是「鐵甲」。

在近3000米深處的海底,有一種蝸牛,渾身長滿了「鐵甲」,活像穿了防彈衣。這就是曾經入選十大令人震驚的海洋物種的鱗角腹足蝸牛(學名:Chrysomallon squamiferum)。這是一群大傢伙,螺殼寬度一般在9.8-40毫米之間,最大的能達到45毫米。而我們平時見到的蝸牛,最大的殼長也不足15毫米。別看它個頭大,就以為它們是捕食高手,其實它們大部分時候都不自己吃「飯」,而是靠肚子裡的細菌提供能量。

鱗角腹足蝸牛(The Stocks)

自帶食品工廠

鱗角腹足蝸牛生活在近3000米的印度洋海底深海熱泉噴口,那裡生物量極低,高壓低氧,噴口裡噴出來的物質含有毒性。在這樣的環境裡,覓食很不容易。再看鱗角腹足蝸牛,它們的齒舌已經高度退化,沒有上下頜,也找不到唾液腺,只有一個小圓嘴巴,幾乎不具有攝食能力,也難以進行濾食。幸好,在磷角腹足蝸牛生活的地方,有一些細菌,可以通過化學合成,利用硫化氫獲取能量。

在磷角腹足蝸牛的體內,就有著這樣的細菌。這些共生細菌主要分布在蝸牛的食管腺體中。而它們的食管腺體比其他蝸牛體內的腺體大1000倍。這麼大的腺體,裡面的共生菌可以為蝸牛提供足夠的能量,使得它們無需進食,也可以維持生存和生長。同時,磷角腹足蝸牛為這些細菌提供了安全舒適的生活空間。這種獨特的供能方式,和它們的生活環境有很大關係。

鱗角腹足蝸牛柔軟的身體(The Stocks)

全身戴盔甲

這些大個頭的鱗角腹足蝸牛,不僅吃「飯」方式特別,長得也不簡單。鱗角腹足蝸牛背上的螺殼含有不少鐵元素,是一件柔軟而堅韌的「鐵布衫」。

這件鐵布衫共有三層。最外面是一層由鐵的硫化物組成,可以用來抵擋攻擊。研究發現,這層外殼含有硫復鐵礦,具有磁性,可以不斷地吸引周圍環境中的含鐵物質,變得越來越厚實。也就是說,越老的蝸牛外殼越厚,可以算是「臉皮越來越厚」的典型;中間是柔韌的有機層,厚度約150微米,遇到攻擊時可以緩解攻擊的力道;最裡面是鈣化的文石層,厚度約250微米。我們常見的各種殼類的主要成分就是文石。

除了背上的鎧甲,鱗角腹足蝸牛的腹足上還長著數以百計的鱗片。這些鱗片主要成分是一種硬蛋白。而我們已知的其他動物的鱗片,主要成分為鈣質。這些一塊連著一塊,以覆瓦狀排列的鱗片,像盾牌一樣保護著鱗角腹足蝸牛的腹足。在人類已知的腹足類物種中,再也沒有誰,像這樣具有長在皮膚上的鱗片。如果有小動物想攻擊這些鱗片,很可能就像撞到盾牌上一樣被撞暈。

曾經有人試圖用瑞士軍刀劃開鱗角腹足蝸牛的殼,結果沒有成功。還有人對著它們的殼開槍,但子彈也無法進入。因此,說它們刀槍不入實在名副其實。鱗角腹足蝸牛殼這樣的特點,吸引了很多人關注,其中美國軍方希望通過仿生技術,研製出功能強大的軍事用品。

背上的硬殼和腹部的鱗片(The Stocks)

同「牛」不同命

目前為止,研究員分別在西南印度洋底的Kairei熱泉群、Solitaire熱泉群及龍旗熱泉群發現了三種不同的磷角腹足蝸牛,這些蝸牛佔地總面積不大,大約相當於兩個美式足球場。其中Solitaire熱泉群的蝸牛外殼顏色較淺,且不含鐵。而Kairei熱泉群的蝸牛外殼顏色較深,含有鐵元素,具有磁性。

這三個熱泉所含物質不同,因此,三種蝸牛的外殼也不盡相同。這種差異也很可能和它們身上的細菌有關。深色變種的蝸牛體內,具有淺色蝸牛所沒有的細菌種類。而這些細菌可以幫助生成含鐵硫化物。不過,研究人員也不能排除蝸牛靠自己生成含鐵硫化物的可能。畢竟暫時還沒有人在實驗室裡培養出這些細菌。

目前磷角腹足蝸牛生活的這三個地區,有兩處位於深海採礦區域內,很可能會被採礦破壞,此處的蝸牛也很可能會被鑽井掀起的泥沙掩埋。因此,磷角腹足蝸牛已經被列為瀕危動物。我們只能希望這些蝸牛憑藉雌雄同體的高效繁殖能力,快速產出後代,帶領「族牛」躲過一劫。

不同顏色的蝸牛(The Stocks)

特殊轉錄因子

為了進一步了解這種蝸牛特殊的生存方式,從中找到人類可以模仿學習的地方,港科大的研究人員聯合日本海洋地球科學技術廳,從海底採集了20隻磷角腹足蝸牛,分析了它們的基因。而研究結果顯示,這些蝸牛體內並沒有特殊基因,它們所有的基因都可以在魷魚和珍珠牡蠣等其他軟體動物身上找到。

不過,研究員確認了25種轉錄因子,這些轉錄因子有助於蝸牛鱗片和殼形成,在其他軟體動物身上,這些轉錄因子也具有同樣的功能,促進其他軟體動物身體獨特的堅硬部分形成,比如腹足動物的鰓蓋或者多毛目環節動物尖端的剛毛。看來,想知道磷角腹足蝸牛生成鐵布衫的秘密,用來滿足人類防身或工程需要,還要等一段時間。

參考文獻:

1. Jin Sun, Chong Chen.The Scaly-foot Snail genome and implications for the origins of biomineralised armour.Nature Communications.08 April 2020.https://www.nature.com/articles/s41467-020-15522-3

2. 港科大帶頭全基因組測序:腳上有鱗的「牛」,2020/04/30.https://new.qq.com/omn/20200430/20200430A091RL00.html?pc

3. Scaly-foot snail first species endangered by deep-sea mining.23 JULY 2019.https://www.mining-technology.com/news/scaly-foot-snail-deep-sea-mining/

4. Chong Chen.The heart of a dragon: 3D anatomical reconstruction of the 『scaly-foot gastropod』 (Mollusca: Gastropoda: Neomphalina) reveals its extraordinary circulatory system.18 June 2015.https://frontiersinzoology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12983-015-0105-1

作者:九一

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