俄羅斯潛水員在白海的冰層下拍到優雅飛舞的裸海蝶。
裸海蝶,還有一個名字叫海洋天使。背上有一雙透明小翅膀的裸海蝶,連身體都是透明的,你能清楚看見它身體裡紅色的內臟。當它在海洋裡扇動翅膀時,就像跳動著一顆紅心的天使正在天空中飛翔。
有雙翅膀的裸海蝶是海洋裡的蝴蝶,海洋裡還有另外一種蝴蝶,名字直接就叫做海蝶。
上圖是海蝶的照片,海蝶跟裸海蝶的區別在於,海蝶多了一隻透明的外殼。看著很像的兩種海洋蝴蝶,卻不是同種種類。裸海蝶是海蛞蝓家的小不點,而海蝶是海螺家的小不點。它倆帶點兒親戚關係,都是雌雄同體的腹足類軟體動物,腹足演化成了翅膀,能在水裡展翅翱翔。
兩種帶翅膀的腹足生物之間,最緊密的聯繫卻是捕食關係,有殼的海蝶是沒殼的裸海蝶的食物。
裸海蝶
裸海蝶生活在北冰洋和北大西洋的冰蓋之下,北冰洋延伸進入俄羅斯西北部內陸的海域,叫做白海。4月份潛水員在白海拍到裸海蝶的身姿。
裸海蝶個頭很小,成年後身長只有3釐米,最大也只能長到8釐米長。生活在水深不超過海面下500米的中上層水域。
上圖是裸海蝶的身體結構,頭頂豎起兩隻觸角,身體內紅色的器官是消化腺。正常遊弋時,裸海蝶是一個天使,捕食時,天使變成了魔鬼。裸海蝶的食物是比它個頭還小的海蝶,捕食時,裸海蝶從頭頂打開平時關緊的嘴巴,嘴裡伸出6條觸手,觸手越伸越長,去抓海蝶。觸手上會分泌黏液,粘住海蝶的外殼,把海蝶拖到嘴邊。
捉到食物後,裸海蝶並不著急就餐。它先扭轉海蝶外殼,把外殼的開口轉向自己。然後伸出一把硬質魚鉤(幾丁質材質),魚鉤插進海蝶殼裡開始剝離海蝶肉。剖解食物時的裸海蝶又恢復了一貫的緩慢節奏,通常要花上30分鐘的時間,才能把海蝶肉從外殼裡完整地掏出來,塞進嘴巴享用美餐。
上圖是裸海蝶捕食時的口器,頭頂裂開大嘴,嘴裡伸出觸手。平時動作緩慢的裸海蝶,每秒扇動1~2次翅膀。當追趕獵物時,會加快翅膀的扇動,爆發出衝刺速度。捕捉獵物時,裸海蝶的速度是100毫米/秒,比海蝶的速度要快2倍,小海蝶逃不過獵手的追殺。
成年裸海蝶的食物非常單一,只吃海蝶的肉,不吃藻類。肉食動物裸海蝶,像果凍一樣的身體裡,50%以上的幹體重都是脂肪,消化腺的脂肪佔比高達70%。由脂肪構成的裸海蝶,有一項特別厲害的本事是挨餓。不吃食物,它能熬過一年不死。
德國極地生物研究所,把17只裸海蝶養殖在4~8℃的海水裡進行觀察實驗。它們在沒有食物的水裡生存了200天後,平均體重下降了80%,但依然存活。過了356天後,除了之前做實驗取走的樣品外,最後3只裸海蝶終於停止了呼吸。走到生命盡頭的裸海蝶,平均長度從22.4毫米縮短到12毫米。
嬌小柔弱的裸海蝶擁有超乎想像的忍耐力,它依靠萎縮身體,降低新陳代謝,消耗脂肪就能扛過整整一年沒有食物的苦難歲月。
海蝶
海蝶是海洋裡的浮遊動物,生活範圍比裸海蝶要廣闊得多,從極地到熱帶都有它的身影。海蝶的個頭比裸海蝶還小,成年後的身長不到1釐米,大部分海蝶只有一顆沙粒那麼大。
海蝶漂浮在海洋水流中,白天沉到海面下100米的水深處躲避捕食者,晚上浮到海面上吃點海藻。海蝶會用粘液編織一個比身體大上5倍的粘液網,用網來兜住浮遊植物,慢慢享用食物。如果被幹擾,它就扇動透明的翅膀,慢慢離開粘液網去尋找別的食物。
海蝶區別於其他浮遊動物的特點有兩點,一是翅膀,二是甲殼。它的翅膀是像蝴蝶一樣會飛翔的翅膀,而不是划水的魚鰭。它的甲殼是碳酸鈣甲殼,而不是磷蝦的幾丁質甲殼。
翅膀
海蝶的翅膀從背殼開口處伸出,薄薄的肉質翅膀不像船槳一樣前後划水,利用阻力划水前進,而是真正做到了在水中飛翔。喬治亞理工學院團隊,用高速攝像頭拍攝海蝶,鏡頭捕捉到了翅膀運動的細節,還有周圍水流的變化。
水中的海蝶,跟空中的果蠅一樣,扇動翅膀時,翼尖軌跡是球面8字型的軌跡。果蠅扇動翅膀時,兩翅中間V型區域形成低壓,周圍空氣流入低壓區產生漩渦,停留在翅膀間的漩渦能產生升力。海蝶跟果蠅一樣,扇動翅膀時,翅膀間的水流出現低壓漩渦,產生升力。
果蠅和海蝶用同樣的方式前進,不同的是一隻在氣體中,另一隻在液體裡。
背殼
浮遊動物磷蝦外殼的主要成分是幾丁質,而海蝶背殼的主要成分是碳酸鈣。透明的背殼由碳酸鈣中最不穩定的文石(aragonite)構成(自然界中的文石很容易轉變成方解石)。
小不點海蝶的背殼雖然是碳酸鈣成分,但是非常薄,薄到透明。薄薄的外殼很漂亮,但是很脆弱,海洋酸化對外殼的影響最大。2008年,英國南極科考隊發現,海水酸化正在吞噬南極洲附近海蝶的外殼,外殼受損的海蝶不僅增加了感染病菌的概率,還更容易被捕食者捕獲。
工業排放的二氧化碳中,超過四分之一的數量都被海洋吸收了。吸收大量二氧化碳的海水pH值下降,變酸了。自從工業時代以來,海洋酸性增加了30%,達到5500萬年來的酸度最高峰。酸化的海水影響甲殼類動物的甲殼生成,小不點海蝶也深受其害。
不過,海蝶並沒有被海水酸化擊敗。10年後,2018年英國南極科考隊發現,海蝶正在修復自己的外殼。它的外殼上新加了一層膜,這層膜就像包裹外殼的保鮮膜一樣,能夠阻擋脆弱的外殼受到海水的腐蝕。除了多了層保護膜外,海蝶的外殼還長厚了。它會製造新的碳酸鈣,從內部開始修補自己的外殼。有一隻海蝶製造的修補材料足足比原來外殼厚了4倍。
自然之美
自然之美,美在萬千生物的多姿多彩。生命之美,美在萬千生物的勃勃生機。
海洋裡的微小生命,無論是捕食者裸海蝶,還是被捕食者海蝶,都在以自己的方式應對危機。
比指頭還小的裸海蝶,能夠忍飢挨餓長達一年時間,而它只有短短兩年的壽命。為了活下去,它壓榨自己,熬過了生命中的一半時長。這是生命的堅韌之美。
跟沙粒一樣大的海蝶,應對海水酸化的傷害比我們預想的更快更好。沒有能力改變劇烈變化的環境,但它有能力改變自己。長出新的保護膜,增加外殼厚度,抵抗環境危機。這是適者生存的變化之美。
海洋裡翩翩起舞的兩種蝴蝶,給我們展示了輕盈剔透的身姿之美,還有蘊藏在嬌弱身軀裡的堅韌生命之美。生機勃勃的地球上,每一粒生命都是一個奇蹟。
參考資料:
1:「Exceptional long-term starvation ability and sites of lipid storage of the Arctic pteropod Clione limacina」, B er M., Graeve M. & Kattner G., Polar Biology 30(5): 571–580
2:「Underwater flight by the planktonic sea butterfly」, David W. Murphy, Deepak Adhikari, Donald R. Webster, Jeannette Yen, Journal of Experimental Biology 2016 219: 535-543
3:「Extensive dissolution of live pteropods in the Southern Ocean」, N. Bednar ek,etc.,Nature Geoscience (2012)
4:「Pteropods counter mechanical damage and dissolution through extensive shell repair」,Victoria L. Peck et al., Nature Communications (2018)