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深海中的"光"照亮了深海中"脸"的发光小生命

作者:宇宙小百科

在黑暗的海洋深处,经常会有一些游泳点"灯",一种发光的生物,光照奇异的陆地远离。它们从南到北来来去去,突然出来,发出由冷光、橙色、红色、黄色、绿色、蓝色、紫色等颜色,仿佛流星和烟花,也像在"海底龙宫"举行了一场色彩缤纷的"光会",给这个美妙的海底世界带来了光明和生命。

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这种生物发光现象早已为人所知,最著名的是陆地上的萤火虫。事实上,有许多发光生物,原生动物,空腔动物,蠕虫,链接动物,甲壳类动物,昆虫,软体动物,针鼹,鱼类,甚至鸟类,所有这些都可以以各种形式发出美丽的光芒。

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生物发光,也称为生物冷却,是由生物体中物质的化学反应引起的发光,即它从化学能转化为光能。因此,生物发光是一种"化学发光"。生物发光与人造光源的发光过程不同。人造光源(如电灯等)在发光时会散发出大量的热量,但是当你把萤火虫放在手中时,你只会看到它发光,而不会感觉到热量,这是两个来源的本质区别。

不同种类的生物,它们的发光方式都不一样,一般来说,可以分为以下三种:

一个是"细胞内发光"。这种发光方式,整个过程是在生物体的发光细胞中进行的,是发光蛋白在钙离子的作用下没有氧发光系统。这些生物具有专门的发光器官。萤火虫的光芒属于这个物种。

一个是"细胞外发光"。这样,发光生物,在发光过程中引起发光的荧光素和荧光酶从发光细胞中,在体外相遇,氧化由于释放的量子光和辉光,如海底的海洋、柱头虫、磷类昆虫等发光动物。

另一种是"同居细菌发光",如一些发光的鱼。由于同居的发光细菌附着在鱼的身体上,这些发光细菌在新陈代谢过程中会发光。

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在海洋中,除了两次返回海洋的爬行动物和哺乳动物外,几乎所有动物群体中都有发光的物种。被确定为发光的物种包括约50种原生动物,100多种肠道动物,50多种蠕虫,200多种软体动物,150多种甲壳类动物和约300种鱼类。

虽然有些近海鱼类也能发光,如欧洲鳕鱼、美洲鲱鱼、中国沿海七星鱼等。但海洋中大多数发光的鱼都生活在深海中。据鱼类科学家介绍,生活在3000米深处的鱼类,约有45%具有发光器官的物种,如角鲨,角鳃,金眼鳃,长尾鳕鱼和灯笼鱼以及其他宽嘴鱼,都是发光的鱼。

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海洋深处的光照和营养远不如浅水区,水流强劲有力,温度和盐分的变化明显。在深海中,太阳是无法穿透的,没有植物或植物很少;没有波浪,水流相当缓慢;海底由软质甚至半流体的淤泥和粘土组成;温度低,始终在0至2°C;海水的含盐量非常固定。此外,在深海地区,二氧化碳接近液态并导致石灰的连续融化。

因此,科学界认为,在如此黑暗、寒冷、高压的深海海底不可能有生命。因为在11000米深的水中,每平方厘米的压力大于1000公斤!直到20世纪30年代,美国科学家才在水下923米深处捕获动物。1949年,苏联生物学家在太平洋8000米深处获得了动物标本。后来的研究进一步表明,虽然深水动物由于不利的生活条件,在数量或质量上不如高水位动物发达,但海洋深处的生命仍然多种多样,深海恶劣的生活环境造就了具有特殊适应性的深海动物,在身体结构上具有许多相同的特征, 许多深海动物都有自己的发光器官就是其中之一。

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鱼的发光器官一般由表皮和真皮进化而来,结构复杂,发光往往由其神经系统控制。这些发光器官被巧妙地构造,通常是在透明的发光外壳中,顶部有多层薄膜;底层光滑透明,反光;第二层是由发光细胞和神经细胞组成的发光膜,这是发光的主要部分;第三层是透明的输送膜,供应发光装置所需的氧气和水;最外层是透明的发光壳膜,其主要功能是保护发光。

鱼身上发光器官的大小、数量、形状和位置也因鱼的类型而异。大多数鱼都有发光的器官,分布在腹部的两侧,但也生长在眼缘以下,背部,尾巴或触手末端。例如,长尾鳕鱼是一种栖息在海底的深海鱼类,以其长尾尖而得名。它的大多数发光装置都位于靠近腹部或肛门的皮肤下,其中也含有发光的细菌。

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长尾鳕鱼依靠萎缩的肌肉从发光装置的开口排泄发光细菌并发光。生活在200~600米的深海岩石中,金眼蛞蝓,发光体位于眼睛下方,看起来像一个灯笼游客。它是一种在大约1亿年前的中等质期末期存在的鱼类,被认为是今天最丰富物种的祖先。它们具有腹鳍和尾鳍等柔软的原始特征,也有背鳍、背骨和荆棘的进化特征。生活在深海中的角鲨的发光体很小,散落在皮肤上,结构简单,数量众多,发出强烈而明亮的浅绿色光芒。即使在死后三个小时,它也会发光。角鲨在外观上很容易辨认,在它们的两个背鳍前面有一个非常坚硬的刺(称为棘轮),通常被称为角鲨。

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最有趣的发光鱼是灯笼鱼。灯笼鱼是小型深海发光鱼,共有约376种,我国有48种,包括富灯鱼、尖吻灯鱼、金鱼、星光鱼、琥珀灯鱼、亮鱼、底光鱼、强灯鱼、灯鱼、灯鱼、彩虹鱼、珍稀灯鱼等。灯笼鱼在头部和身体两侧的腹部侧都有许多发光器官,位置可达20个,每个部分的发光体都有一个特殊的名字,如前发光、鼻子背光发射器、盖子发光器、臀部发光等,这已成为对它们进行分类的重要依据之一。

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科学家认为,深海鱼类发光的好处是多方面的。例如,大多数发光的鱼类物种之间的联系是通过发光来实现的。由于各种发光鱼都有不同数量的发光器官,它们的位置和发光强度也不同,因此它成为同一物种之间相互关系的象征。特别是,每当这些鱼进入繁殖季节时,它们都会发出明亮的光芒作为求偶的信号,邀请异性来交配,达到繁殖的目的。发光还可以让他们有效地防御敌人。比如,一些灯笼鱼尾追逐者,可以突然发出光芒,通过突如其来的光幕,让敌人大吃一惊,但他们趁机溜走了。

一些发光的鱼还充分利用发光的优势,设置陷阱来引诱寻光的生物作为诱饵。深海鱼角就是一个众所周知的例子。

角蛞蝓最初以雄鱼的奇怪寄生生活而闻名。它的成年雄性鱼很小,寄生在雌性身上,比它大几倍甚至十倍。雄鱼的嘴唇和舌头与雌鱼的皮肤紧密相连,根本无法分开。而且,雄鱼的器官,除了与繁殖有关的器官外,几乎完全退化,并且已经发现了口腔,下颌,牙齿,鳍和鳃等器官的明显特征,因此它们只能通过吸吮从雌性流出的血液来生存。

雌鱼的身体圆润,嘴巴大,头部伸出一条长而柔软、活跃的背鳍骨线,尖端像一盏小灯笼,像一根蓬松的尖刺,像钓鱼竿一样生活。其"渔具"上的发光诱饵是通过背鳍的延伸而转换的发光诱饵。他们经常把身体藏在泥里,把铁丝伸出来,看起来像一个拿着鱼竿的"老渔夫"。那些看到光流过光鱼的人,往往会在水面上荡秋千,这盏小灯笼误以为是好吃的食物,上去是一口,想吞下去,结果只能是自扔网。这时,角鼻涕虫放了个大嘴巴,周围的海水突然下沉,贪婪的鱼儿进嘴里,成了它的一餐!

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同样生活在深海中的尖刺鳍鱼也精通这种方式。它的"钓鱼竿"更是精彩,因为背鳍骨线变化更大,仿佛是一连串的鱼竿,形状像树枝,每根鱼竿的尖端都有一个小尖刺,这种"铅鱼钩"的膨胀——"诱饵",可以全天候"陷害敌人的深度",因为它能不断发出荧光。一些小鱼的寻光根本无法抗拒"荧光膨胀"的诱惑,因为撒网而成为尖鳍鱼的口粮。

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这方面的例子还有很多。一种生活在加勒比海的有趣鱼,只有15厘米长,眼睛下面有一个白色的"袋子",发出白光。在黑暗无尽的深海中,它通常会通过它发出的光吸引和捕食小鱼。而当它发现危险时,它可以自动关灯,就像手电筒可以自动打开和关闭一样,所以它被称为"大西洋手电筒鱼"。

由于深海鱼类和其他生物在从化学能转化为光能方面非常有效,因此几乎可以达到90%。因此,这种现象给人们一个很大的启发:人们不仅研制出一种成功发光的高效荧光灯,而且还考虑制造一种新型光源,这种光源可以为矿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"。这种冷光的应用无疑具有广阔的前景,例如,在排除磁性地雷时,可以避免磁雷爆炸。现在,人们已经能够最初使用混合某些化学物质的方法来获得类似于生物光的冷光。许多研究人员也在深入研究生物发光的机制,希望获得一些灵感,以创造有效的人造冷光源。看来,人类大规模使用冷光源进行照明的日子可能并不遥远。到那时,不仅会有各种低成本的冷光发光体,还可以装饰冷光发光的墙壁,那真是"夜如白昼"。

深海是地球上最大的生物多样性宝藏之一。目前,只有约1%的海底人口为人所知,对深海物种及其生存环境知之甚少。人类对深海的发展才刚刚开始,已经证明深海物种的丰富性远远超出了人们的想象。这表明,生物进化巧妙地设计了深海鱼类和其他动物,以很好地适应深海明显不利的环境。

令人遗憾的是,随着深海鱼类和其他海洋动物资源的枯竭,作为世界上最大的生态系统,深海目前正受到越来越大的威胁,而这种威胁在很大程度上源于人类活动,特别是过度捕捞。例如,过度捕捞和破坏性捕捞做法,特别是拖网捕捞作业,导致五种深海鱼类的数量急剧下降,即深海长尾鳕鱼、北大西洋长尾鳕鱼、蓝鳕鱼、刺猬鳗和针鼹,在1978年至1994年期间,五种深海鱼类种群的数量急剧下降,濒临灭绝。

曾几何时,海洋渔业主要集中在浅水区。在由于过度捕捞导致浅水鱼类种群急剧下降之后,捕捞目标已转移到深海。在这方面,必须及时采取有效的管理措施,否则过度捕捞或破坏性捕捞方法将对物种丰富的深海生态系统造成严重破坏,其中许多物种具有人类尚未了解的生物多样性,并具有巨大的潜在价值。

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