深海恰饭不易,抱紧我的铁饭碗
海底热液喷口,是海底的活地狱。海水被地热烧滚,源源不断从地壳涌出,极高的水压让它的温度可以达到400℃。水流携带着各种硫化物和重金属,其中不乏有毒物质。
然而它又是众多生物的天堂。海底极为贫瘠,而海底热液喷口喷出的大量硫化物,可以作为细菌和古菌丰富的食物,而动物依靠微生物为生。在海底热液口的周围,水温降到蛋白质可以忍受的环境里,竟存在着一个熙熙攘攘的生命世界。这些生物在地表人类看来都有些奇怪,而鳞角腹足蜗牛(Chrysomallon squamiferum)可能是最怪的一种。
海底热液喷口周围聚集满了动物 | A. D. Rogers et al / PLoS Biology
浑身漆黑的金羊毛
鳞角腹足蜗牛这个称呼并不准确,它并非陆生的蜗牛,而且它的鳞也不在角上。根据中国海洋生物学家的观点,称之为鳞足螺更合适。2000年,人们在印度洋底一个叫Kairei的热液喷口首次发现鳞足螺,2006年,又在热液喷口Solitaire找到了鳞足螺。直到2015年,在第三个热液喷口“龙旂(qí)”找到鳞足螺,它才有了学名,属名Chrysomallon是希腊神话里的金羊毛,种名则是“长鳞甲的”。顺便一提,命名人陈充是中国人,他也是研究鳞足螺的最重要人物之一。
鳞足螺腹足上覆盖着鳞片一样的薄片 | 陈充et al. / BMC Evolutionary Biology (2017)
鳞足螺体长5~6厘米,最引人注目的特点,是它腹足上覆盖着密密的薄片,仿佛鱼鳞一样。“鳞”的成分类似甲壳硬朊,表面覆盖着一层漆黑发亮的“铁甲”——铁和硫的化合物,主要是黄铁矿(pyrite),也有少量的硫复铁矿(greigite)。这少许的硫复铁矿具有磁性,让它的“鳞”可以用磁铁吸起来。
鳞足螺的壳同样漆黑,表层包裹着硫复铁矿,底层是跟普通蜗牛壳一样的钙盐,中间则是一层类似角质的有机质。实验室里的测试发现,这是一个有效的防御机制,也许可以抵御捕食者。螺壳表层的特殊结构,在受力时会裂开小裂缝分散压力,避免“打破砂锅问到底”,产生危险的大裂缝。而中间的有机质具有韧性,像弹簧床一样发挥缓冲的作用。
从左到右,分别是从Kairei、龙旂、Solitaire采到的鳞足螺,为什么Solitaire是白色的?且听下节分解 | 陈充 / Wikimedia Commons
铁饭碗和超级心脏
鳞足螺的内部器官和外部一样怪异。它的消化器官很小,唯独食道腺很大(占体重9%),里面生活着大量的硫氧化细菌,利用硫化氢反应产生化学能,使用二氧化碳制造有机物,这些细菌又是成年鳞足螺的唯一食物来源。在恰饭艰难的深海里,鳞足螺可以说是抱住了铁饭碗。
鳞足螺的循环系统非常发达,鳃很大、血管很多,最特别的是巨大强健的心脏,相当于自身体积的4%,是人类的三倍。深海本来就是低氧环境,高温的水溶氧量还会减少。鳞足螺需要强力的呼吸和供氧功能,也不足为怪。不过这套超级循环系统最特别的作用,是为共生细菌提供代谢所需的氧(也许还有硫化氢)。食道腺周围的血管分外发达,说明它在身体里建起了供养细菌的“交通要道”。
鳞足螺消化系统的3D图像 | 陈充 et al. / Frontiers in Zoology (2015)
鳞足螺的铁甲,也跟它的细菌小伙伴密切相关。它腹足上的“鳞”拥有细微的管状结构,不断向外排泄着硫,这可能是鳞足螺排出硫化细菌产生的含硫“垃圾”,免于中毒的一种方法。这些硫与热液喷口喷出的铁离子结合,形成了“铁甲”。在热液喷口Solitaire找到的鳞足螺是白色的,环境里没有足够多的铁离子,也就没有造出铁硫化合物的外衣。2020年,在印度洋的另一个热液喷口“天成”,中国科学家竟发现了覆盖有硫化锌的鳞足螺!可见它们的“甲胄”成分,很大程度是由环境决定的。
在没有足够铁的环境下,鳞足螺会变成白色 | Nakamura K. et al. / PLoS ONE (2012)
“铁甲”也许只是环境的副产品,但也可能提高鳞足螺抗高温的能力,让它能更接近热水“寻宝”,获取细菌所需的硫化氢。
怪物的未来
鳞足螺真的是奥妙无穷,但不幸的是,我们刚刚开始了解这个物种,它就因为人类的活动,面临灭绝的危机。热液喷口不断喷出地下的化学物质,具有采矿价值。鳞足螺的栖息地极为狭窄,Kairei、Solitaire和龙旂加起来,只有0.0177平方公里。现在这三个喷口有两个是允许探矿的,人类的活动很可能会破坏脆弱的热液口生态系统,让这些古怪的生物彻底消失。国际自然保护联盟因此把鳞足螺评为濒危级。
龙旂周围的鳞足螺和其他动物 | J. T. Copley et al. / Scientific Reports (2016)
也许有人会问,保护一种身在“地狱”,与阳光主宰的人类世界几乎无关联的小怪物,对我们又有什么意义?但至少它的存在,让我们知道,演化和极端环境,竟然能创造出这样的奇迹。
深海世界
地狱烟囱是生命绿洲
深海鱼看到的世界
鲸落,海洋里的温柔孤岛
本文来自物种日历,欢迎转发
如需转载请联系GuokrPac@guokr.com