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深海中的"光"照亮了深海中"臉"的發光小生命

作者:宇宙小百科

在黑暗的海洋深處,經常會有一些遊泳點"燈",一種發光的生物,光照奇異的陸地遠離。它們從南到北來來去去,突然出來,發出由冷光、橙色、紅色、黃色、綠色、藍色、紫色等顔色,仿佛流星和煙花,也像在"海底龍宮"舉行了一場色彩缤紛的"光會",給這個美妙的海底世界帶來了光明和生命。

深海中的"光"照亮了深海中"臉"的發光小生命

這種生物發光現象早已為人所知,最著名的是陸地上的螢火蟲。事實上,有許多發光生物,原生動物,空腔動物,蠕蟲,連結動物,甲殼類動物,昆蟲,軟體動物,針鼹,魚類,甚至鳥類,所有這些都可以以各種形式發出美麗的光芒。

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生物發光,也稱為生物冷卻,是由生物體中物質的化學反應引起的發光,即它從化學能轉化為光能。是以,生物發光是一種"化學發光"。生物發光與人造光源的發光過程不同。人造光源(如電燈等)在發光時會散發出大量的熱量,但是當你把螢火蟲放在手中時,你隻會看到它發光,而不會感覺到熱量,這是兩個來源的本質差別。

不同種類的生物,它們的發光方式都不一樣,一般來說,可以分為以下三種:

一個是"細胞内發光"。這種發光方式,整個過程是在生物體的發光細胞中進行的,是發光蛋白在鈣離子的作用下沒有氧發光系統。這些生物具有專門的發光器官。螢火蟲的光芒屬于這個物種。

一個是"細胞外發光"。這樣,發光生物,在發光過程中引起發光的熒光素和熒光酶從發光細胞中,在體外相遇,氧化由于釋放的量子光和輝光,如海底的海洋、柱頭蟲、磷類昆蟲等發光動物。

另一種是"同居細菌發光",如一些發光的魚。由于同居的發光細菌附着在魚的身體上,這些發光細菌在新陳代謝過程中會發光。

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在海洋中,除了兩次傳回海洋的爬行動物和哺乳動物外,幾乎所有動物群體中都有發光的物種。被确定為發光的物種包括約50種原生動物,100多種腸道動物,50多種蠕蟲,200多種軟體動物,150多種甲殼類動物和約300種魚類。

雖然有些近海魚類也能發光,如歐洲鳕魚、美洲鲱魚、中國沿海七星魚等。但海洋中大多數發光的魚都生活在深海中。據魚類科學家介紹,生活在3000米深處的魚類,約有45%具有發光器官的物種,如角鲨,角鰓,金眼鰓,長尾鳕魚和燈籠魚以及其他寬嘴魚,都是發光的魚。

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海洋深處的光照和營養遠不如淺水區,水流強勁有力,溫度和鹽分的變化明顯。在深海中,太陽是無法穿透的,沒有植物或植物很少;沒有波浪,水流相當緩慢;海底由軟質甚至半流體的淤泥和粘土組成;溫度低,始終在0至2°C;海水的含鹽量非常固定。此外,在深海地區,二氧化碳接近液态并導緻石灰的連續融化。

是以,科學界認為,在如此黑暗、寒冷、高壓的深海海底不可能有生命。因為在11000米深的水中,每平方厘米的壓力大于1000公斤!直到20世紀30年代,美國科學家才在水下923米深處捕獲動物。1949年,蘇聯生物學家在太平洋8000米深處獲得了動物标本。後來的研究進一步表明,雖然深水動物由于不利的生活條件,在數量或品質上不如高水位動物發達,但海洋深處的生命仍然多種多樣,深海惡劣的生活環境造就了具有特殊适應性的深海動物,在身體結構上具有許多相同的特征, 許多深海動物都有自己的發光器官就是其中之一。

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魚的發光器官一般由表皮和真皮進化而來,結構複雜,發光往往由其神經系統控制。這些發光器官被巧妙地構造,通常是在透明的發光外殼中,頂部有多層薄膜;底層光滑透明,反光;第二層是由發光細胞和神經細胞組成的發光膜,這是發光的主要部分;第三層是透明的輸送膜,供應發光裝置所需的氧氣和水;最外層是透明的發光殼膜,其主要功能是保護發光。

魚身上發光器官的大小、數量、形狀和位置也因魚的類型而異。大多數魚都有發光的器官,分布在腹部的兩側,但也生長在眼緣以下,背部,尾巴或觸手末端。例如,長尾鳕魚是一種栖息在海底的深海魚類,以其長尾尖而得名。它的大多數發光裝置都位于靠近腹部或肛門的皮膚下,其中也含有發光的細菌。

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長尾鳕魚依靠萎縮的肌肉從發光裝置的開口排洩發光細菌并發光。生活在200~600米的深海岩石中,金眼蛞蝓,發光體位于眼睛下方,看起來像一個燈籠遊客。它是一種在大約1億年前的中等質期末期存在的魚類,被認為是今天最豐富物種的祖先。它們具有腹鳍和尾鳍等柔軟的原始特征,也有背鳍、背骨和荊棘的進化特征。生活在深海中的角鲨的發光體很小,散落在皮膚上,結構簡單,數量衆多,發出強烈而明亮的淺綠色光芒。即使在死後三個小時,它也會發光。角鲨在外觀上很容易辨認,在它們的兩個背鳍前面有一個非常堅硬的刺(稱為棘輪),通常被稱為角鲨。

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最有趣的發光魚是燈籠魚。燈籠魚是小型深海發光魚,共有約376種,我國有48種,包括富燈魚、尖吻燈魚、金魚、星光魚、琥珀燈魚、亮魚、底光魚、強燈魚、燈魚、燈魚、彩虹魚、珍稀燈魚等。燈籠魚在頭部和身體兩側的腹部側都有許多發光器官,位置可達20個,每個部分的發光體都有一個特殊的名字,如前發光、鼻子背光發射器、蓋子發光器、臀部發光等,這已成為對它們進行分類的重要依據之一。

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科學家認為,深海魚類發光的好處是多方面的。例如,大多數發光的魚類物種之間的聯系是通過發光來實作的。由于各種發光魚都有不同數量的發光器官,它們的位置和發光強度也不同,是以它成為同一物種之間互相關系的象征。特别是,每當這些魚進入繁殖季節時,它們都會發出明亮的光芒作為求偶的信号,邀請異性來交配,達到繁殖的目的。發光還可以讓他們有效地防禦敵人。比如,一些燈籠魚尾追逐者,可以突然發出光芒,通過突如其來的光幕,讓敵人大吃一驚,但他們趁機溜走了。

一些發光的魚還充分利用發光的優勢,設定陷阱來引誘尋光的生物作為誘餌。深海魚角就是一個衆所周知的例子。

角蛞蝓最初以雄魚的奇怪寄生生活而聞名。它的成年雄性魚很小,寄生在雌性身上,比它大幾倍甚至十倍。雄魚的嘴唇和舌頭與雌魚的皮膚緊密相連,根本無法分開。而且,雄魚的器官,除了與繁殖有關的器官外,幾乎完全退化,并且已經發現了口腔,下颌,牙齒,鳍和鰓等器官的明顯特征,是以它們隻能通過吸吮從雌性流出的血液來生存。

雌魚的身體圓潤,嘴巴大,頭部伸出一條長而柔軟、活躍的背鳍骨線,尖端像一盞小燈籠,像一根蓬松的尖刺,像釣魚竿一樣生活。其"漁具"上的發光誘餌是通過背鳍的延伸而轉換的發光誘餌。他們經常把身體藏在泥裡,把鐵絲伸出來,看起來像一個拿着魚竿的"老漁夫"。那些看到光流過光魚的人,往往會在水面上蕩秋千,這盞小燈籠誤以為是好吃的食物,上去是一口,想吞下去,結果隻能是自扔網。這時,角鼻涕蟲放了個大嘴巴,周圍的海水突然下沉,貪婪的魚兒進嘴裡,成了它的一餐!

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同樣生活在深海中的尖刺鳍魚也精通這種方式。它的"釣魚竿"更是精彩,因為背鳍骨線變化更大,仿佛是一連串的魚竿,形狀像樹枝,每根魚竿的尖端都有一個小尖刺,這種"鉛魚鈎"的膨脹——"誘餌",可以全天候"陷害敵人的深度",因為它能不斷發出熒光。一些小魚的尋光根本無法抗拒"熒光膨脹"的誘惑,因為撒網而成為尖鳍魚的口糧。

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這方面的例子還有很多。一種生活在加勒比海的有趣魚,隻有15厘米長,眼睛下面有一個白色的"袋子",發出白光。在黑暗無盡的深海中,它通常會通過它發出的光吸引和捕食小魚。而當它發現危險時,它可以自動關燈,就像手電筒可以自動打開和關閉一樣,是以它被稱為"大西洋手電筒魚"。

由于深海魚類和其他生物在從化學能轉化為光能方面非常有效,是以幾乎可以達到90%。是以,這種現象給人們一個很大的啟發:人們不僅研制出一種成功發光的高效熒光燈,而且還考慮制造一種新型光源,這種光源可以為礦井下的照明提供安全保障,可以避免瓦斯爆炸等事故的"冷光"。這種冷光的應用無疑具有廣闊的前景,例如,在排除磁性地雷時,可以避免磁雷爆炸。現在,人們已經能夠最初使用混合某些化學物質的方法來獲得類似于生物光的冷光。許多研究人員也在深入研究所學生物發光的機制,希望獲得一些靈感,以創造有效的人造冷光源。看來,人類大規模使用冷光源進行照明的日子可能并不遙遠。到那時,不僅會有各種低成本的冷光發光體,還可以裝飾冷光發光的牆壁,那真是"夜如白晝"。

深海是地球上最大的生物多樣性寶藏之一。目前,隻有約1%的海底人口為人所知,對深海物種及其生存環境知之甚少。人類對深海的發展才剛剛開始,已經證明深海物種的豐富性遠遠超出了人們的想象。這表明,生物進化巧妙地設計了深海魚類和其他動物,以很好地适應深海明顯不利的環境。

令人遺憾的是,随着深海魚類和其他海洋動物資源的枯竭,作為世界上最大的生态系統,深海目前正受到越來越大的威脅,而這種威脅在很大程度上源于人類活動,特别是過度捕撈。例如,過度捕撈和破壞性捕撈做法,特别是拖網捕撈作業,導緻五種深海魚類的數量急劇下降,即深海長尾鳕魚、北大西洋長尾鳕魚、藍鳕魚、刺猬鳗和針鼹,在1978年至1994年期間,五種深海魚類種群的數量急劇下降,瀕臨滅絕。

曾幾何時,海洋漁業主要集中在淺水區。在由于過度捕撈導緻淺水魚類種群急劇下降之後,捕撈目标已轉移到深海。在這方面,必須及時采取有效的管理措施,否則過度捕撈或破壞性捕撈方法将對物種豐富的深海生态系統造成嚴重破壞,其中許多物種具有人類尚未了解的生物多樣性,并具有巨大的潛在價值。

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