书城自然科学沧海长歌:有趣的海洋生态与文明
16876500000013

第13章 丰富而有序的海洋生态(3)

这种细菌可以用人工大量培养,用来做成细菌电池。现在国外已将它用于航道灯、信号灯、机场跑道指示灯的电源了。这些细菌将来也许还有可能用到海水淡化、无线电通讯及宇航飞船上。

科学家发现,有些海洋微生物具有富集某些元素的本领,如果我们发现能够富集某些化学元素的微生物,再利用它们繁殖快、数量大的特点,把它们释放到海水里大量繁殖,让它们从海水中“吃饱喝足”各种矿物元素,然后再想办法把它们收集起来,便可以提取出各种有用物质来了。可以预见,在不久的将来,海洋微生物将有望在海水采矿事业中大显身手。

海洋中的原生家族

1.海洋丁丁虫

终生浮游的海洋原生动物中,有三个著名的类群,那就是抱球虫、放射虫和丁丁虫。丁丁虫是一类有壳的纤毛虫,靠纤毛运动和摄食,纤毛旋转的围口膜自壳口伸出,有散布其间功能不详的拟触手,以可伸缩的原生质附于壳的基底。丁丁虫壳是虫体分泌的胶质或假几丁质,壳呈铃锥状、瓶形、壶形或筒状,壳面有平滑的,也有黏着沙砾等外来颗粒物质的,以增加其牢固性,因此又称为“砂壳虫”。

丁丁虫主要分布于海洋热带和温带水域的光照层中,约2000种。丁丁虫大多数长45~1000微米,用小型浮游生物网便可采到。丁丁虫在海洋食物链或食物网中也占有一定的位置,以细菌、藻类或微小的鞭毛虫为生,自己又是其他浮游动物幼苗的饵料。丁丁虫可是唯一有化石存在的纤毛虫。研究表明,外界方解石可缓慢地置换假几丁质壳壁黏着的沙砾而使之钙化(化石化)。在1962年古生物学家还发现了它在古生代的物种化石,可见丁丁虫的生活史从古一直延续至今,在形态上没有多大变化,从而说明远洋环境是相对稳定的。

2.有孔虫

有孔虫是一种微体生物,要想看到它,需要把底栖生活的海藻或其他动物的虫管放在显微镜下观察,那缓缓而动的、有蓝白色壳的微小生命就是有孔虫了。另外,还可以取一点海沙,经0.15毫米孔径的筛筛洗,把筛洗漏过的沉积物烘干,再放入饱和的四氯化碳溶液中搅动,那漂在液面上的小白点就是有孔虫的壳了。

有孔虫是具有壳和网状伪足的单细胞动物,它的壳内还有许多个房间,每个房间有孔相通,因此而得名。有孔虫的全身仅由一个细胞组成,大小近似于海边的一粒细沙。但在显微镜下,却发现它们形态各异,有瓶状、螺旋状、透镜状等。有孔虫广泛分布在世界各个海洋,它是一个大家庭,据统计已有3万多种,并且还以每天增加2个新种的速度飞快增长着。

有孔虫分浮游和底栖两个类群,是海洋食物链的一个重要环节,其分布范围同其他原生动物一样广泛,它们对环境反应敏感,有明显的深度分布范围,因而它们是很好的海深指示生物。

研究有孔虫有着巨大的现实意义:现在的海底沉积物中,约有30%是有孔虫壳沉积软泥。据统计,每克海底泥沙中约有5万个有孔虫壳。由于各个历史时期会有各自不同的有孔虫,因此,根据对有孔虫壳沉积物的分析,不但能确定地层的地质年代,而且还能揭示地下构造情况,从而为寻找矿藏尤其是石油,提供重要依据。此外,人们还发现在冷水中的有孔虫壳比在暖水中的小而且孔少,尤其是冰川时期更为明显。因此,根据这一特征,有孔虫又可成为冰川期和冰川后期古海洋和古气候变化的指示生物。

有孔虫祖祖辈辈以海洋为家,生生死死永远不离海洋。没有海水的地方,根本就找不到它的踪影;海水到哪里,海洋的边界到哪里,有孔虫就生活到哪里。而且,它们活着的时候在哪里繁衍、嬉戏,死亡以后就埋藏在哪里了。有孔虫是海洋最有力的见证物。

现在山东成山头以东海区,波涛汹涌,水深有70~80米。可是那里的海底泥沙中,并不是每一深度上都能见到有孔虫。原来,距今3.6万年前,今日的滔滔黄海,曾是一片桑田沃野。此外,在远离海洋的我国内地,如北京、新疆、山西、陕西、湖北、四川等地也发现了有孔虫的遗骸,这同样可以证明,以上这些地区曾几何时也是一片茫茫沧海!

3.放射虫

什么是放射虫呢?简单地说,放射虫是具有辐射状骨针和辐射状伪足的海洋原生动物,其细胞质被中央囊膜分为内部的中央囊和外部的外质。根据骨骼成分和形状、中央囊孔的多少,放射虫分为等辐骨虫、泡沫虫、罩笼虫、稀孔虫等四大类。它的虫体死后,因二氧化硅的骨骸能在海洋沉积物中得以保存,因此,人们在显微镜下可见那精美动人、和谐对称、平衡有序、巧夺天工的放射虫骨骼。

美丽的放射虫与有孔虫一样,也是一类古老的原生动物,也有硬质骨骼。它们的不同之处在于,放射虫的身体呈放射状,在内外质之间有一中央囊,在外质中有很多泡,以增加身体的浮力,使其适于浮游生活。它的分布遍及世界各个海域的不同深度,为大洋性浮游生物,同时愈近黑潮和湾流,其种类和数量越多。当放射虫虫体死亡之后,它的骨骼沉于海底,也能形成海底沉积物,作用和意义与有孔虫类似。

微小的放射虫只生活于海洋,因此同样可作为海洋环境的指示生物。另外,新生代热带泡沫虫、罩笼虫的骨骼孔格有随温度升高而变大、简化结构、减轻骨架重量的趋势,因此也可作为海洋环境温度变化的佐证。此外,古代有些放射虫的灭绝与地球地磁的倒转有关联,因而放射虫又可为地磁地层学研究提供资料。

放射虫与有孔虫一样,都可以作为海洋环境的指示物,但放射虫还有一种提供古温度变化信息的功能。在海洋中生活的放射虫,对水温的要求很严格,它们有暖水种和冷水种之分。暖水种只能生活在炎热的赤道大洋区或温热的暖流区;冷水种就分布在远离赤道的北纬40°以北的水域。水温就像一道道厚实的围墙,把放射虫牢牢地圈在各自的生活天地里。因此,从放射虫的分布,就能看出大洋中各处水温的分布。用人的肉眼难辨的“隐士”,就这样忠实地记录着大洋的温度变化。

记录古海洋水温的变化,更是放射虫的拿手本领。堆积在海底的放射虫,本身就是一份古海洋水温变化的原始记录。在水温增高时,堆积在海底的放射虫是暖水种;当水温下降时,堆积在海底的放射虫就是冷水种。

太平洋东北部喀斯特盆地3.5万年以来水温变化的曲线,就是通过对放射虫的研究而得到的,在300多万年以前,全球处于寒冷的冰河时代,海区中的放射虫不仅以冷水种为主,而且数量剧减。12万年以后,全球冰期结束,进入温暖的气候期,此时海水中的放射虫又以暖水种数量剧增为特征。可以说,放射虫对海水温度变化的反应既灵敏又准确。

放射虫为人们把许许多多古温度变化的信息储存在大洋中,随着科学技术的发展和对放射虫研究的深入,人们将可以从放射虫身上得到越来越多的有关古温度变化的数据。

以小鱼、贝类为食的海星

每当夜幕降临,明月当头,夜空中总是繁星点点,摄人心魂。其实,当你走近大海时,你会发现,海洋中也有众多的星星,那就是海星。

海星没有头却有口,它的“头”可临时配备,它的口很小却可以吞下比自身大数倍的猎物;它有着美丽的外貌却也有残忍的本性;它具有变幻魔术的本领,可把自己的身体变一、变二、变三、变四……它是渔民咬牙切齿的敌害,可却是科学家的宠儿;它是海洋中最古老的动物,却是人们心目中的年轻伙伴……

当你漫步在大海之滨,或深入渔民之家,时常可以看到:一个像五角星样的动物,这就是海星;它的背面呈鲜紫色和黄色交杂相映,腹部呈黄白色,颜色鲜艳,令人喜爱。渔民们常把它晒干成串悬在渔船尾部,外行人一见它常喜欢抚弄它,把它比作海带、紫菜那样的植物,其实它是动物。国外人们把它称做星鱼,星即五角星形,鱼即是海生动物,“星鱼”的叫法似乎挺形象化,但不科学,其实海星与鱼是风马牛不相及的。在动物分类上,它是棘皮动物,是海洋里常见的无脊椎动物。上古时代,海星就已经成了海洋生物的象征了,早在4000年前古希腊的壁画中,海星作为海洋生物的代表已被绘制于壁画中。

观察一下海星的外形,可见除了圆盘留存中间外,余下的就是五个爪子样的腕手。海星既然是动物,应该有个头,可它的头在哪里呢?人们是难以觉察的。科学家对它进行了长期观察,发现它的五个腕手,动作很不协调,其中总有一只腕手,老是在那里不停地伸缩,显得特别忙碌。原来这只虻碌的腕就是它的“头”。由它来支配其他器官。如果把这个“头”砍掉会怎么样呢?这时发现这个“头”被砍之际,其他几个腕都警觉起来,一旦“头”被切除,其中一个腕即成了临时的“头”,起着支配一切的功能。这种奇特的换头术,说来奇怪,其实从生物进化的观点看也不足为奇。凡是低等动物,例如蚯蚓等也都有这种奇特的功能,科学家认为这是自然淘汰的规律在起作用,越是脆弱,易受伤害的动物,其再生的本领也就越高强。科学家的这一解释,已被海星本身证实。海星有1600余种,有的种类抵御外敌的能力较强,于是它的再生能力就差,反之亦然。

海星的腕,堪称万能,有说不尽的用途,行动时以腕代脚引身前进,腕的末端既有“眼睛”功能的视觉,又有“皮肤”功能的触觉,它能对迎面而来的水流和温度的变化作出灵敏的反应,它能前、后、左、右、上、下任一方向行动,一旦捉住活物,五个腕又可像爪子一样紧紧把活物抓住,死不放松。小鱼和贝类动物是海星的理想食物,牡蛎、贻贝等贝类动物,尽管有一身硬质的盔甲,照样成为海星的囊中之物。

说起海星吞食硬外壳贝类动物的过程也是挺有意思的。当海星慢条斯理地遇见贝类时,即刻运用它万能的五个爪子紧紧抓住贝类的外壳不放。海星没有大的颚齿,又没有像蟹那样的螫钳,贝类那硬质的外壳,海星是吞不下的。可它另有一套本领,以“时间”来消磨对方,它长时间地抓着贝类,造成一个真空的环境,使囊中物深感缺氧窒息。同时,海星还施放麻醉毒液,经这样长时间的窒息、麻醉,贝类那紧闭的双唇不得不张开喘气,于是海星马上将肚子里的胃翻出来当嘴唇,伸进壳缝,过不了多久一顿美餐就入口了。科学家估计一只海星平均一天之内连吃带损害的牡蛎可达20余个,可见其残忍的食性。当海星大量汇集时,常常肆无忌惮地残害人们辛苦养殖的贝类动物,还会吃掉鱼的饲料,从而造成该区域鱼虾类大量减少。渔民们都把它比作瘟神,有时捕捉到海星,即刻砍为几截抛入大海,却不知这恰恰造成了大量的再生海星。

因为海星的每一条腕都是一个半独立的机体,都有自己的运动、消化、繁殖和排泄器官,这种结构使海星的断臂只要带上一部分中心圆盘的残骸,就可生长成一个新海星。有的海星本领更大,只要一截残臂,就可长出一个完整的新海星。

海星这种巨大的再生能力,渔民们是讨厌的,而科学家却非常地偏爱它,它的再生本领可以给人们以新的启示,若干年后,海星再生的机理一旦运用于人类,到那时断臂再植将成为一项极其普通的简单事情,不必像现在那样,医生要连续十几个小时在显微镜下做着极其细微的手术。为什么这么说呢?科学家曾对海星与人的细胞结构做了研究比较,发现大家都有一种储备细胞(即干细胞),储备细胞内都有完整的遗传基因。不过海星可以借助这种遗传基因,轻而易举地培育出各种器官的新细胞,从而组成新的海星,而我们人类的这种遗传基因,却只能起弥合伤口组织的作用,不能形成新的器官。于是,科学家们认为,既然人类与海星一样具有再生整个机体的遗传基因,从理论上讲,人类完全也应该具有或接近海星一样的功能。现在已成功运用的克隆技术,即是一个证明。科学家们正在为这一预言做着艰苦细致的研究工作,或许若干年以后,预言将真的成为现实。

海底鸳鸯:古老的鲎

远在4亿年前的泥盆纪末期,鲎家族就已存在于海洋世界里了。4亿年的风霜雨露,沧桑变迁,它依然如故,所以科学家把它与水杉、银杏、鳇鱼并称为活化石。鲎家族现有3属5种,分布于北关东部、印度洋以及东南亚沿海一带。分布在我国浙江、福建、广东、台湾省沿海的鲎称为中国鲎。

在动物学上,鲎属节肢动物,可它又是哪一“房”的子孙后代呢?若从它的长相上来看,它有坚硬的壳,应属于甲壳类;它天生还有一支尖硬的尾巴,则又应该属剑尾类;追根溯源又被列为蜘蛛类。鲎的这副尊容,经生物学家一番仔细推敲,用生物学分类的方法,最终还是把它归入肢口纲里了。

鲎是一种珍稀的海洋动物,就像“鲎”字一样少见。不仅如此,它还是一种世界上体形最大的节肢动物。它们生活在沙质的海底,用附肢和尾剑挖开泥沙穴居,靠吃蠕虫及无壳软体动物为生。像人能跑能跳能爬树一样,鲎也有好几种运动方式:它可以靠头、胸部的附肢在海底爬行,也可以靠腹部的附肢在海中游泳,还可以来个“撑竿跳”——用尾剑把身体突然撑起来。

每逢春夏之际,鲎求偶婚配,生儿育女。幼鲎没有尾剑,身体纵分成中央和两侧三个部分,很像三叶虫的成虫,所以被称作三叶幼虫。这也说明鲎与三叶虫有着亲缘关系。鲎经过了漫长的历史演变时期,至今还仍然保留着原始的特征,所以它是研究动物进化史的珍贵物种,备受动物学家的青睐。

鲎的生态和习性都颇具特色,可它身上最与众不同的还是它身上的血液。如果用尖刀将鲎腰部连接鲎壳周围的软组织割开,将躯体剥离时你就会发现,它的瓢状甲壳底部会留下一摊蓝色的汁液,这就是鲎的血。科学家们研究证明:作为低等动物的鲎,其血液中仅含有0.28%的铜元素,并没有红细胞、白细胞和血小板,只由单一细胞组成,因而它的血液呈蓝色。我们知道,高等动物的血液能够通过红细胞输送氧气,并将二氧化碳排出去,同时又通过白细胞的千军万马与入侵的各种细菌决一死战。鲎的血液中没有白细胞,因而它经受不住各种细菌的进攻。鲎血中的单一细胞在遇到细菌后便一触即溃,迅速被瓦解,很快地萎缩,蓝色血液迅速凝固,鲎便丧失了生命。至于为什么鲎具有如此不堪一击的血型,却又能长达4亿多年而不绝种,这又是科学界尚待揭开的谜。