海底熱液噴口,是海底的活地獄。海水被地?zé)釤凉L,源源不斷從地殼涌出,極高的水壓讓它的溫度可以達到400℃。水流攜帶著各種硫化物和重金屬,其中不乏有毒物質(zhì)。
然而它又是眾多生物的天堂。海底極為貧瘠,而海底熱液噴口噴出的大量硫化物,可以作為細菌和古菌豐富的食物,而動物依靠微生物為生。在海底熱液口的周圍,水溫降到蛋白質(zhì)可以忍受的環(huán)境里,竟存在著一個熙熙攘攘的生命世界。這些生物在地表人類看來都有些奇怪,而鱗角腹足蝸牛(Chrysomallon squamiferum)可能是最怪的一種。
渾身漆黑的金羊毛
鱗角腹足蝸牛這個稱呼并不準(zhǔn)確,它并非陸生的蝸牛,而且它的鱗也不在角上。根據(jù)中國海洋生物學(xué)家的觀點,稱之為鱗足螺更合適。2000年,人們在印度洋底一個叫Kairei的熱液噴口首次發(fā)現(xiàn)鱗足螺,2006年,又在熱液噴口Solitaire找到了鱗足螺。直到2015年,在第三個熱液噴口“龍旂(qí)”找到鱗足螺,它才有了學(xué)名,屬名Chrysomallon是希臘神話里的金羊毛,種名則是“長鱗甲的”。順便一提,命名人陳充是中國人,他也是研究鱗足螺的最重要人物之一。
鱗足螺腹足上覆蓋著鱗片一樣的薄片 | 陳充et al. / BMC Evolutionary Biology (2017)
鱗足螺體長5~6厘米,最引人注目的特點,是它腹足上覆蓋著密密的薄片,仿佛魚鱗一樣?!镑[”的成分類似甲殼硬朊,表面覆蓋著一層漆黑發(fā)亮的“鐵甲”——鐵和硫的化合物,主要是黃鐵礦(pyrite),也有少量的硫復(fù)鐵礦(greigite)。這少許的硫復(fù)鐵礦具有磁性,讓它的“鱗”可以用磁鐵吸起來。
鱗足螺的殼同樣漆黑,表層包裹著硫復(fù)鐵礦,底層是跟普通蝸牛殼一樣的鈣鹽,中間則是一層類似角質(zhì)的有機質(zhì)。實驗室里的測試發(fā)現(xiàn),這是一個有效的防御機制,也許可以抵御捕食者。螺殼表層的特殊結(jié)構(gòu),在受力時會裂開小裂縫分散壓力,避免“打破砂鍋問到底”,產(chǎn)生危險的大裂縫。而中間的有機質(zhì)具有韌性,像彈簧床一樣發(fā)揮緩沖的作用。
從左到右,分別是從Kairei、龍旂、Solitaire采到的鱗足螺,為什么Solitaire是白色的?且聽下節(jié)分解 | 陳充 / Wikimedia Commons
鐵飯碗和超級心臟
鱗足螺的內(nèi)部器官和外部一樣怪異。它的消化器官很小,唯獨食道腺很大(占體重9%),里面生活著大量的硫氧化細菌,利用硫化氫反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)能,使用二氧化碳制造有機物,這些細菌又是成年鱗足螺的唯一食物來源。在恰飯艱難的深海里,鱗足螺可以說是抱住了鐵飯碗。
鱗足螺的循環(huán)系統(tǒng)非常發(fā)達,鰓很大、血管很多,最特別的是巨大強健的心臟,相當(dāng)于自身體積的4%,是人類的三倍。深海本來就是低氧環(huán)境,高溫的水溶氧量還會減少。鱗足螺需要強力的呼吸和供氧功能,也不足為怪。不過這套超級循環(huán)系統(tǒng)最特別的作用,是為共生細菌提供代謝所需的氧(也許還有硫化氫)。食道腺周圍的血管分外發(fā)達,說明它在身體里建起了供養(yǎng)細菌的“交通要道”。
鱗足螺的鐵甲,也跟它的細菌小伙伴密切相關(guān)。它腹足上的“鱗”擁有細微的管狀結(jié)構(gòu),不斷向外排泄著硫,這可能是鱗足螺排出硫化細菌產(chǎn)生的含硫“垃圾”,免于中毒的一種方法。這些硫與熱液噴口噴出的鐵離子結(jié)合,形成了“鐵甲”。在熱液噴口Solitaire找到的鱗足螺是白色的,環(huán)境里沒有足夠多的鐵離子,也就沒有造出鐵硫化合物的外衣。2020年,在印度洋的另一個熱液噴口“天成”,中國科學(xué)家竟發(fā)現(xiàn)了覆蓋有硫化鋅的鱗足螺!可見它們的“甲胄”成分,很大程度是由環(huán)境決定的。
在沒有足夠鐵的環(huán)境下,鱗足螺會變成白色 | Nakamura K. et al. / PLoS ONE (2012)
“鐵甲”也許只是環(huán)境的副產(chǎn)品,但也可能提高鱗足螺抗高溫的能力,讓它能更接近熱水“尋寶”,獲取細菌所需的硫化氫。
怪物的未來
鱗足螺真的是奧妙無窮,但不幸的是,我們剛剛開始了解這個物種,它就因為人類的活動,面臨滅絕的危機。熱液噴口不斷噴出地下的化學(xué)物質(zhì),具有采礦價值。鱗足螺的棲息地極為狹窄,Kairei、Solitaire和龍旂加起來,只有0.0177平方公里?,F(xiàn)在這三個噴口有兩個是允許探礦的,人類的活動很可能會破壞脆弱的熱液口生態(tài)系統(tǒng),讓這些古怪的生物徹底消失。國際自然保護聯(lián)盟因此把鱗足螺評為瀕危級。
龍旂周圍的鱗足螺和其他動物 | J. T. Copley et al. / Scientific Reports (2016)
也許有人會問,保護一種身在“地獄”,與陽光主宰的人類世界幾乎無關(guān)聯(lián)的小怪物,對我們又有什么意義?但至少它的存在,讓我們知道,演化和極端環(huán)境,竟然能創(chuàng)造出這樣的奇跡。
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