澳大利亚发现深海发光巨蜘蛛:节肢动物吃海葵借来光

澳大利亚发现深海发光巨蜘蛛:节肢动物吃海葵借来光

科学深海

数据源:Science News + Deep Sea Research Part I

深夜关掉卧室大灯,手机屏幕熄灭的那一秒,周围瞬间陷入漆黑。人类在暗室里很难自由行走。但在几千米深的海底,阳光终年无法到达,那里却从未真正熄灭。

过去人们以为,只有水母、乌贼或带发光钓竿的深海鱼,才能点亮黑暗。科学家在澳大利亚东海岸的海沟深处,抓到了会发光的巨型海蜘蛛。

这个发现打破了传统的生物学认知。海蜘蛛属于节肢动物(Arthropod,身体分节且带有外骨骼的动物家族,比如虾、蟹和蜘蛛)。它们没有专门的发光器官,却靠吃进肚里的食物,把八条长腿染成了蓝色。

从 5000 米深海拖出 25000 件标本

2017 年,澳大利亚研究船调查号(RV Investigator)在东南沿海展开科考。科学家将拖网抛入水下,在接近 5000 米深的海底泥沙中拖曳探寻。

5000 米深海相当于从地面垂直凿出 12 座埃菲尔铁塔的高度。水下 200 米后阳光就会消耗殆尽。5000 米深处只有高压与永恒的黑暗。

比利时法语鲁汶天主教大学的生物学家热罗姆·马莱费(Jérôme Mallefet)随船出海。他在船舱里搭了一间 6°C 的临时暗房。在寒冷与漆黑中,他挨个检测采上来的 25000 件标本。

密密麻麻的深海收获里,两类巨型海蜘蛛引起了他的注意。它们分别是塔斯马巨海蜘蛛(Colossendeis tasmanica)和微小巨海蜘蛛(C. minor)。

巨海蜘蛛 Colossendeis tasmanica 图:手指大的身体配 25 厘米长腿。来源:Science News,摄影 Jérôme Mallefet。

手指大躯干搭配 25 厘米长腿发蓝光

塔斯马巨海蜘蛛长相奇特。它的躯干只有手指大小,但八条长腿跨度达到 25 厘米。

25 厘米的腿长相当于成年人从手肘到掌心的距离。海蜘蛛的内脏和生殖器官全部挤在长腿内部。

马莱费在暗房里轻轻触碰海蜘蛛,它的腿部立刻闪烁出微弱蓝光。当他滴加氯化钾(KCl,能刺激发光细胞兴奋的盐类化合物)后,八条长腿持续发蓝光 10 分钟。

仪器测定显示,这种蓝光波长为 449 纳米(nm)。450 纳米左右的蓝光在海水里穿透最远。光线由腿尖向腿根逐渐递减。

发光海蜘蛛实验记录 图:发光海蜘蛛实验记录。来源:Deep Sea Research Part I 论文,Mallefet et al.。

发光工具不是自己造的,全靠吃海葵借光

绝大多数发光海洋生物依赖生物发光机制(Bioluminescence,生物利用体内化学反应把化学能转为光能的过程)。它们在体内合成荧光素和荧光素酶,利用两者结合产生光线。

实验表明,海蜘蛛的组织对荧光素反应毫无变化。它们体内的发光符合钙依赖光蛋白系统(Calcium-dependent photoprotein system,需要钙离子介入的生物发光机制)。

组织切片揭示了具体的秘密。海蜘蛛的发光细胞集中在腿部肠道盲囊周围,与消化组织紧紧贴在一起。

马莱费据此推断,海蜘蛛自身没有演化出独立的发光腺体。它们在海底捕食发光海葵等猎物,把发光物质储存在腿部肠道中,完成了借光过程。

深海发光比例达到 76%,连基础款节肢动物也点灯

地球生物的发光历史非常悠久,可以追溯到 5.4 亿年前。5.4 亿年前正是寒武纪生命大爆发时期,海洋生物刚刚开始演化出硬壳。

现代海洋调查显示,约有 76% 的深海动物具备发光能力。76% 的比例相当于每四只深海原住民里,就有三只自带手电筒。

节肢动物被称为深海生态里的基础款。它们的结构相对固定,过去学者普遍认为它们缺少演化发光器官的空间。

海蜘蛛发光的证实改变了这种看法。生物发光在深海的覆盖范围比以往教科书记录更广泛。即便没有发光器官,生物也能通过食物链获取点亮黑暗的能力。

除了生物发光,研究人员在紫外光照射下还观察到三种海蜘蛛会发出绿色荧光(Fluorescence,生物吸收高能光照后散射低能光的物理现象)。这种荧光可能用于求偶、吸引猎物或警告捕食者。

百年诗化记录有了实验室照片实锤

早在一百多年前,早期的深海考察船日志里就留下一段记载:「这生物仰面躺着,所有腿的腹面都泛着蓝光,宛如沉在海底的星星。」

缺乏保存设备与摄影技术,这段记录在一个世纪里常被当成夸张描述。

马莱费在 6°C 暗室里的实验与高敏摄影,第一次提供了确凿证据与高清图像。

深海蜘蛛会发光意味着深海生物发光的普及度比教科书写的更广。发光装置可以来自吃下去的食物,连蜘蛛这样的基础款节肢动物,都能借助猎物照亮海底。

参考链接:

  • Science News 报道
  • Deep Sea Research Part I 论文