海洋科普丨深海版「鋼鐵俠」連子彈都打不死

2021-01-16 澎湃新聞

7月18日

世界自然保護聯盟公布了

更新版的《瀕危物種紅色名錄》

名錄顯示,海洋瀕危物種保護形勢嚴峻

有500種深海硬骨魚、16種鰩魚被列入名錄

其中鱗角腹足蝸牛成為首個瀕危深海軟體動物

顧名思義

鱗角腹足蝸牛是一種蝸牛

生活在深海裡

而作為海洋中生活的腹足類動物

似乎稱它們為「海螺」更為恰當

鱗角腹足蝸牛作為一個軟體動物

雖然有著子彈都打不穿的堅硬外殼

卻仍舊面臨著滅絕的境況

它到底有什麼特別之處呢?

生活在海底熱液口

1977年,科學家在加拉帕戈斯裂谷首次發現了海底熱液口,向人們展示了新的生命可能。海底熱液口的能量來自地質活動,噴出的液體通常具有很高的酸性,含有多種金屬和硫化氫。其中硫化氫就是臭雞蛋氣味令人噁心的原因,對生物具有毒性。不過,也有一些細菌可以通過化學合成的過程利用硫化氫獲取能量。

在漫長的演化過程中,許多神奇的動物已經和這些細菌形成了互利共生的關係,從而適應了熱液口的嚴酷環境。在總體上寒冷、食物匱乏、生物量極低的深海環境中,熱液口就像「生命綠洲」,周圍聚集了大量無脊椎動物,鱗角腹足蝸牛就是其中之一。

由鱗角腹足蝸牛和多毛類環節動物、甲殼動物等類群組成的Longqi熱液口區生物群落

鱗角腹足蝸牛於2001年在印度洋海面以下兩千多米的海底的三處深海熱液噴口,被首次發現,發現鱗角腹足蝸牛的過渡帶寬度約為1-2米,溫度為2-10℃。也就是說,這些蝸牛生活在硫化氫濃度高、氧氣濃度低的環境中。

儘管早就被科學家發現了,它卻始終無法被更多的人得知。一直到2015年,鱗角腹足蝸牛的研究者在2015年才正式發表了對鱗角腹足蝸牛的生物學描述,並確定其學名為Chrysomallonsquamiferum。其中屬名「Chrysomallon」來源於古希臘語,意思是「金色毛髮」,因為它們螺殼中的二硫化亞鐵呈現金色;種名「squamiferum」來源於拉丁語,意思是「長有鱗片的」。

所以鱗角腹足蝸牛

是直到被發現十幾年後

才正式擁有「姓名」的

不是一隻簡單的蝸牛

鱗角腹足蝸牛相當於一個化能合成共生作用的功能體,它們體內的內共生細菌主要分布食管腺體(相當於人的食管)中,這些共生菌為鱗角腹足蝸牛提供了能量,而這個器官的體積甚至比其他蝸牛體內的腺體大1000倍。

鱗角腹足蝸牛的消化系統已經退化,不到典型腹足類消化系統體積的10%,而食管腺體就像蝸牛體內的食品工廠,共生菌提供的能量使鱗角腹足蝸牛甚至不用去覓食。與此同時,鱗角腹足蝸牛為這些細菌提供了一個安全、舒適的生存環境。這或許就是鱗角腹足蝸牛能長到4.5釐米大小,而那些沒有共生菌的蝸牛隻能長到1.5釐米甚至更小的原因。

鱗角腹足蝸牛的呼吸系統由單個左雙切片組成櫛鰓,為它們提供氧氣。這個櫛鰓非常大,大約佔了身體體積的15.5%。它們的身體兩側都有細鰓絲,並從心臟後面延伸到上殼螺紋。而神奇的是,體積巨大的櫛鰓內或鰓上沒有內共生生物。有生物學家猜測,櫛鰓的擴大可能是為了便於在典型的熱液噴口生態系統的低氧條件下提取氧氣。

不僅是呼吸系統異於普通蝸牛,從比例上看,鱗角腹足蝸牛的心臟體積比許多其他動物都大得多,大約佔身體總體積的4%。而相比之下,人類的心臟體積只佔身體的1.3%。鱗角腹足蝸牛幼年體的心室大小為0.64毫米,殼長為2.2毫米,成年體的心室將達到8毫米。這個「巨大的」心臟主要通過櫛鰓吸取血液,並提供高度血管化的食管腺。

此外,鱗角腹足蝸牛頭部長有兩根光滑的、逐漸變細的觸角,看起來就像一隻普通蝸牛。它們沒有眼睛,也沒有特化的交接器。腹足呈紅色,體積比較大,無法完全縮回螺殼。也不像其他蝸牛和蛞蝓一樣具有上足腺,也沒有上足觸手。

註定「母胎solo」

鱗角腹足蝸牛是目前已知唯一的「同時雌雄同體」物種,它們同時具有雄性和雌性生殖器官。要知道,蝸牛界裡也僅僅只有一些蝸牛能夠「階段性雌雄同體」哦。

它們的性腺不在殼內,而是在身體右側的區域,睪丸放在腹面,卵巢位於背部,腎位於它們之間。睪丸和卵巢的生殖管是分開的,但很明顯融合成一個導管,並形成一個單一的生殖器開口,沒有交配器官。

鱗角腹足蝸牛具有很高的繁殖力,所產的卵很可能是卵磷脂營養型的,依靠卵黃提供營養。但科學家還不清楚鱗角腹足蝸牛幼體和胎殼的形態(目前採集到最小的未成熟個體已經具有2.2毫米的殼長),但推測可能存在一個浮遊擴散的階段。

食管腺體的增大、體積較大的呼吸系統和循環系統,保護性的堅硬螺殼和腹足鱗片、以及較高的繁殖能力,都是有利於內共生微生物的適應特徵。在極端的環境中,這些適應特徵滿足了鱗角腹足蝸牛的能量需求,也是在長時間的演化中獲得的利用化學能源的能力。

子彈都穿不透的螺殼

鱗角腹足蝸牛的身體被螺殼牢牢保護著,殼上被鐵化合物覆蓋,主要是二硫化亞鐵和四硫化三鐵,後者具有磁性,因此鱗角腹足蝸牛還會被磁鐵吸住。如果把兩隻鱗角腹足蝸牛放在一起,還會相互吸引哦。

被磁鐵吸住的鱗角腹足蝸牛

鱗角腹足蝸牛的螺殼具有3個螺旋,整體呈壓縮的球形。螺殼上具有肋紋和精細的生長線。螺殼並不像板甲那麼堅硬,而更像是鎖子甲——柔軟卻又強韌。

螺殼可以分為三層:

最外面是一層「鍍鐵」的物質,厚度約30微米,由鐵的硫化物組成;

最內側由鈣化的碳酸鹽礦物霰石組成,厚度約250微米;

而中間是柔軟的有機層則相當於其他腹足類的外殼膜,厚度約150微米。

鐵質可以提供力量,而有機層能吸收掠食者——比如一隻揮舞螯肢的螃蟹攻擊時的力道。此外,有機層還具有散熱的功能。

對於鱗角腹足蝸牛來說,活的時間越長往往也就越堅硬。因為它們的外殼會不斷地被「鍍膜」,一層包裹一層變得越來越厚。這層又厚又堅硬的殼雖然不能讓它們稱霸海洋,但是防禦自保可是完全沒有問題的。如果有任何一種生物想吃掉鱗角腹足蝸牛,那最終的結局一定是自己的牙齒被嘣碎。

曾經還有人試著用世界上最鋒利的瑞士軍刀劃鱗角腹足蝸牛的外殼,卻發現最多只能留下一道淡淡的劃痕。

這樣堅硬且防禦技能「滿點」的螺殼,成為了科學家們研究的重點。後來鱗角腹足蝸牛被帶到了美國本土,科學家們經過測試發現它們的外殼甚至可以抵禦子彈的衝擊,普通的步槍子彈根本無法擊穿鱗角腹足蝸牛的外殼。有消息表示,美國軍方目前正在針對這種蝸牛的奇特外殼構造開發一種新的軍用裝甲。

天下獨一份的鱗片

相比外部的螺殼,鱗角腹足蝸牛腹足上的鱗片似乎有著更合理的用途。一些掠食性海螺(比如芋螺)能伸出魚叉狀的齒舌捕食小魚,然後注入毒液使其麻痺。生物學家推測,鱗角腹足蝸牛的鐵質鱗片可能具有抵擋這種攻擊的作用,就像騎士的盔甲一樣可以使標槍轉向。

鱗角腹足蝸牛的鱗片

鱗角腹足蝸牛的幼體只有幾排鱗片,而成年體有密集和不對稱的鱗片。鱗片以覆瓦狀排列,主要由貝殼硬蛋白組成,這是一個複雜的蛋白質,每個鱗片上都有一個柔軟的上皮組織。相比之下,多板類貝殼(包括各種石鱉)的鱗片主要是鈣質。

鱗角腹足蝸牛的鱗片外表面具有相當多樣的附著生物,主要為兩類細菌:ε-變形菌和δ-變形菌,這些細菌可能為蝸牛提供了礦物質。有學者認為,鱗角腹足蝸牛會分泌一些有機化合物,促進這些細菌的附著和生長。

鱗角腹足蝸牛的底部

據科學家推測,腹足上的鱗片可能具有保護或解毒的功能,比如保護鱗角腹足蝸牛免受熱液口液體的傷害,使它們體內的細菌可以安全地進行化學合成作用;又或者,這些鱗片本身可能就是共生細菌代謝時產生的有毒硫化物沉積的結果。不過,鱗片的真正功能是什麼,還需要更多的研究才可得知。

無論如何,不管是在現生還是已滅絕的腹足類物種中,都再沒有第二種具有這樣生長在皮膚上的鱗片。並且在已知的現生動物中,也再沒有其他物種能像鱗角腹足蝸牛這樣利用鐵的硫化物。

不是普通的「鐵盔甲」

2001年,科學家在中印度洋脊的Kairei熱液口區首次發現了鱗角腹足蝸牛,隨後又在Solitaire區(位於中印度洋脊)和Longqi區(位於西南印度洋脊)發現了它們。其中Kairei熱液口區、Longqi區兩個地點的個體呈深色,Solitaire區的個體呈白色。根據遺傳學分析的結果,這些蝸牛都屬於同一個物種。

現已知三種形態的鱗角腹足蝸牛,從左到右分別來自Kairei、Longqi和Solitaire區域

在類似的生活環境中,卻出現了3種顏色各不相同的鱗角腹足蝸牛,原因是什麼呢?答案就在於與鱗角腹足蝸牛共生的細菌。

在黑色變種鱗角腹足蝸牛的體表和體內生活著一些白色變種所沒有的細菌,能幫助它們生成鐵的硫化物。由於海底熱液口硫化物具有很高的毒性,但如果與礦物質結合併形成固體形式,毒性就會消失。因此,在這些化合物毒性減弱的過程中,細菌可能扮演著重要的角色。

簡單來說

黑色變種鱗角腹足蝸牛體內含有鐵

白色變種體內沒有鐵

在熱液口和細菌的共同努力下,鱗角腹足蝸牛不僅鍍了一層「鐵盔甲」,而且這層「鐵盔甲」還是有毒的哦。

不過,這些只是科學家的推測,他們還沒有在實驗室裡培養出這種細菌。也有研究者認為,鱗角腹足蝸牛完全是靠自己生成了鐵的硫化物,如果確實如此,那將是前所未有的發現。

瀕臨滅絕的軟體動物

在《瀕危物種紅色名錄》的引言中, 鱗角腹足蝸牛是一個重要角色。作為首個瀕危深海軟體動物,雖然有多項「技能」,卻也難以逃過人類的影響而將面臨滅絕。

分布圖

據估計,其總分布面積最多為0.27公裡,僅限於它們被發現的三個地點,而它們在這三個地點之間發生的遷移微不足道。西南印度洋海脊的熱液噴口擴散緩慢,其群落被認為對擾動更加敏感,恢復速度緩慢。

如果繼續允許採礦,鱗角腹足蝸牛的棲息地可能會嚴重減少或破壞。國際海底管理局目前正在對印度洋的三個熱液口的其中兩個區域的深海採礦開發進行調查,正在制定管理國家邊界以外深海採礦的法規。

這樣神奇的動物

還沒被我們真正了解

就面臨著滅絕的現狀

實在是太可惜了!

希望《瀕危物種紅色名錄》的發布

能夠引起國際社會的重視

好好保護它們

給我們一個認識它們的機會吧!

來源:科普青島

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