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馬裡亞納獅子魚:八公裡的水下精靈水通過新音符

作者:中科院之聲

編者按:你必須知道水是生命之源。你不一定知道水中發生了很多事情。中國科學院之聲與中國科學院水生生物研究所聯合開設了"水新音符"專欄,我們将一起在水的世界裡暢遊,探索水生生物的奧秘,共同保護綠水和綠山。

有人說海洋是另一個空間。海洋覆寫地球表面的70%以上,平均深度約為3800米,而深度為200米的深海占總體積的93%。

在中國科學院水生生物博物館,有這樣一個"星标本",來自馬裡亞納海溝深處7415米深處的Sveri獅子魚(又稱馬裡亞納獅子魚),由中國科學院元科考隊何義平老師收藏,它不僅是目前發現的最深的魚類, 也因為外觀優雅,一個變化的人對深海魚"誰看不見誰,漫不經心"的印象,吸引了不少遊客的興趣。

馬裡亞納獅子魚:八公裡的水下精靈水通過新音符

在水生生物學博物館展出的Sveri獅子魚标本

屬于獅子魚屬(Pseudoliparis)

海洋最深處,神秘的馬裡亞納海溝

馬裡亞納海溝位于太平洋西北海域,關島和北馬裡亞納群島東部,是地球表面的一條狹窄裂縫,大部分深度超過8,000米,深11,034米,相當于填滿了整個珠穆朗瑪峰和兩千多米到達表面, 珠穆朗瑪峰被稱為地球除北極和南極以外的地球"第四極",是所有深海探險家心中的聖地。

與太空探索相比,深海探索也存在許多難以克服的問題,如壓力(每10米深海墜落,壓力因大氣壓力而增加)、信号傳輸和水下能量供應問題。

馬裡亞納獅子魚:八公裡的水下精靈水通過新音符

馬裡亞納海溝地圖(照片:維基共享資源)

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曾經認為深海條件不适合生命,科科潛艇的發展在第一次世界大戰後才實作,馬裡亞納海溝的探索直到1960年才真正開始。

在2014年和2017年對馬裡亞納海溝的勘探期間,研究人員發現并确認了一種新的獅子魚,這是已知最深的潛水魚類,深度超過8000米。為了表彰廣泛科學合作的結果,科學家們以首次發現馬裡亞納海溝的探險隊的水手赫伯特·斯太古(Herbert Swire)的名字命名了這種新發現的魚,從那時起,斯威爾一直準備将獅子魚帶入公衆視野。

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獅子魚在8,718米深處拍攝,是深海生物吃掉的幹淨誘餌

名副其實的"顔值"

當然,"隻是長長是因為看不見"隻是當今深海魚類最常見的笑話,在高壓、缺氧、缺晝、缺食的極端環境下,它們專門具有适應艱難生活的獨特特性,如尖牙和嘴巴可以大大提高捕食效率。

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Chauliodus sloani的垂直分布約為500-2500米

主體上有一個連續的光發射器,可以打開到120度

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Argyropelecus Gigas,一個科幻形狀的巨人

在300-1000米的深度,它能夠控制自己的生物熒光,以比對海中的光線以實作"隐形"

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海洋長鳍的前背鳍,Caulophryne Pelaglca,進化成發光的釣魚竿,吸引小生物成為它們的食物。

雌性比雄性大幾十到幾百倍,當雄性成熟時,它們的器官逐漸從精子巢中消失,成為雌性的肉塊(圖檔:維基共享資源)

相比之下,獅子魚有更多的眉毛。它們的身體是白色的半透明的,沒有鱗片,鋒利的牙齒和巨大的身體,鳗魚般的尾巴和翅膀般的寬伸展鳍像十幾歲的裙子一樣遊動。在獅子魚居住的水域中,已知低于6000米的超級深淵帶幾乎沒有天敵,從視覺上講,每個指甲蓋上的壓力相當于大象的重量,此外還必須應對完全黑暗,接近冰點的溫度和巨大的水壓。

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(圖檔來自網絡)

馬裡亞納獅子魚:八公裡的水下精靈水通過新音符

獅子魚"裙子漂浮"被誘餌吸引(圖檔來自網絡)

"軟化幫派"——小身體中的大智慧

馬裡亞納獅子魚是如何對抗8000米以下深海的巨大壓力的?

深海的巨大壓力對大多數動物來說都是一個挑戰,而獅子魚的應對政策,和許多深海魚類一樣,不是"硬肩",而是通過調整自身結構,使身體的内外壓力達到平衡,實作生存。

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在深海中捕獲的信天翁由于體外壓力突然下降而腫脹的内髒器官而爆裂進入口腔(圖檔:維基共享資源)

首先,深海魚類不能像淺海魚那樣用蛞蝓來調節浮力,而是依靠某些脂質來提供浮力,為了降低體密度,它們通常骨骼小,肌肉組織少,身體水分含量高,很像果凍。

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在距離日本海溝7,700米處捕獲的獅子魚

此外,研究人員發現,深海魚類細胞膜富含不飽和脂肪酸,更柔軟,更流暢。此外,深海生物含有大量的氧化曲安奈酮(TMAO),這是一種有助于阻止蛋白質變形的物質,但是當深度超過8,200米時,TMAO無能為力,這應該是魚類生存的極限。

僅靠這些肯定是不夠的,在對馬裡亞納獅子魚基因組的研究中,中國深淵團隊發現,其骨骼鈣化過程由于相關基因的突變而提前終止,導緻機體骨骼非常薄,而且包括顱骨沒有閉合的腔,同時, 一些與細胞膜和蛋白質穩定性相關的基因也發生了特定的突變,更增強了獅子魚在分子水準上的抗壓能力。

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馬裡亞納群島獅子魚頭骨的不完整性與基因的過早終止有關

"自然智慧"與"科技智慧"——仿生機器魚的誕生

受Mariana Lionfish的啟發,浙江大學李鐵峰教授的團隊将自然智慧應用于科技探索,仿生軟體機器魚成功問世。機器魚具有翅膀狀的柔韌胸鳍,由柔軟的人造肌肉驅動,而一些硬裝置如控制電路和電池被整合到凝膠狀的軟體體内,可以承受10000米深處的深海靜水壓力。

大量的實驗證明,機器魚在深海、極地等惡劣和特殊環境中有着較好的應用前景,或許,當有一天仿生機魚技術完全成熟,可以獨立應用于複雜的深海作業現場,馬裡亞納獅子魚——這個水下深淵的魚精靈将永遠不會孤單。

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仿生獅子魚軟體動物機器魚

資源:

1. https://zh.wikipedia.org/wiki/

2. 長沼 T. 在深層生物圈中尋找生命。生物科學空間。2003, 17 (4): 310–317.

3. Linley, T. D., Gerringer, M. E., Yancey, P. H., Drazen, J.C., Weinstock, C. L., Jamieson, A. J. (2016) Hadal Zone新物種的魚類,實地觀測和深度記錄Liparidae,Deep Sea Research I,114,99-110。

4. Gerringer, M. E., Linley, T. D. Jamieson, A. J., Goetze, E. Drazen, J.C. Pseudoliparis swirei sp. nov.: 一種來自馬裡亞納海溝的新發現的哈達爾蝸牛魚(Scorpaeniformes: Liparidae)。Zootaxa 4358, 161–177 (2017).

5. https://www.jamstec.go.jp/e/about/press_release/20170824/

6. https://www.vims.edu/features/people/schnell_n.php

7. https://www.outlookindia.com/outlooktraveller/see/story/68950/8-strange-creatures-in-the-mariana-trench

8. https://www.science20.com/news_releases/pseudoliparis_amblystomopsis_deepest_ocean_camera_views_surprisingly_cute_snailfish

9. http://discovermagazine.com/2001/aug/featphysics

10. https://www.newscientist.com/article/dn26719-weird-sea-ghost-breaks-record-for-deepest-living-fish/

11. 王坤, 沈勇, 楊毅, 等.來自馬裡亞納海溝的蝸牛魚的形态學和基因組為深海适應提供了見解。Nat Ecol Evol 3, 823–833 (2019).

12. 李國, 陳娟, 周飛, 等.馬裡亞納海溝中的自供電軟機器人。自然 591, 66–71 (2021).

作者:翟思琪,王煥山,王曦

資料來源:中國科學院水生生物研究所、水生生物博物館

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