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极地冰层下的生命

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南北极地区的陆地与岛屿上的茫茫冰盖。看上去辽远而宁静。这些发光海洋生物是地球上最像外星入的动物。它们类似偏远星球的可怕生物。但实际上仅是地球南北极最偏远恶劣环境下的透明状呆冻生物。

北极冰层下的精灵

北极地区茫茫冰盖,看上去辽远而宁静……

白海位于俄罗斯欧洲部分的北部。那里的冬天来得特别早,10月的气温就降到0℃以下,并且开始下雪。到了12月,除了有强劲洋流的地方,整个白海几乎完全被冰所覆盖,一直到次年4月或5月。白海的冬天同时还存在着极夜,太阳几个月都不会升起。所以在白海的冬天,没有阳光进行光合作用,冰冻的河流和小溪也不能带来有机质,很多生命都几乎停止。

只有在生长期积累了很多能量的生物,才能熬过这漫长而黑暗的冬天。许多动物产的卵都会选择在春天的时候孵化,因为那时大海将充满食物。

白海的整个生命周期与太阳紧密相联。随着第一缕阳光的射出,首先出现了无处不在的浮游植物,然后是以浮游植物为食的微小浮游动物,然后是栉水母,水螅水母,海天使和其他动物。这个时候的水温大约是-1.5℃。到了6月,白海才开始真正暖和起来,到7月中旬,整个白海底部会被微小的无脊椎动物覆盖,它们飞快地出生和成长,需要在到秋天为止的这段生长期内尽量的积累能量,以渡过白海那漫长、寒冷而黑暗冬天。冬天的白海海底看起来像沙漠一样死寂。而严冰下海洋中发光生物可以说是地球上最寒冷地区的生命群体,它们仿佛来自遥远的地外星球。

俄罗斯海洋生物学家亚历山大·塞莫诺夫多次潜入冰冷的北极海水中,拍摄到了许多美丽且鲜为人知的海洋生物。白海海域的温度常年在-300℃左右,即使在夏天,因为海水中有盐,凝固点低,看似不结冰的海水也冷到-2℃。塞莫诺夫最深下潜到40米。他发现北极其实也是生物的活跃之地,那里五彩斑斓得令人难以置信的海洋生物生活在水下39米处,其中多数物种都是半透明状。

那些照片让人类得以观察到生物详细的身体结构。它们的身体接近透明有利于生存,可使掠食动物无法探测到,或者它们作为掠食动物借助隐形特征更好猎取食物。如果在深邃的北极海洋中没有光线,这些生物就无法被观察到,这是北极海洋极端环境中生物们的巧妙生存策略。

能让“时光倒流”的南极磷虾

南极是个很神秘的地方,那里终年被冰雪覆盖,是一个名副其实的寒冷世界。当提到生活在南极的生物之时,出现在人们脑海中的往往是企鹅、海豹和鲸鱼,却很少提到这些生物赖以生存的饵料——南极磷虾。南极磷虾是地球上多细胞生物中生物量最大、繁衍最成功的生物之一,是整个南大洋生态系统中能量和物质流动的关键环节。

磷虾属于甲壳动物,世界上共有85种磷虾,生活在全球的海洋之中。生活在南极海域的磷虾统称为南极磷虾,共有七八种,只生活在南纬500以南的环南极海域。人们对南极磷虾的认识可以追溯到上世纪初的捕鲸时代。鲸鱼主要以磷虾为食,南极夏季来临之际,南极磷虾大量繁殖,鲸鱼就南下到南大洋海域进行捕食,往往在有大的磷虾群的地方容易找到鲸鱼,所以人们逐渐开始了对南极磷虾的探索和研究。磷虾的英文名称Krill是从挪威人那里得来的,是鲸鱼的食物——“小鱼”的意思。

南极磷虾在外型上与我们所熟悉的对虾等甲壳动物相似,但个体一般比较小,体长一般为5.5N米-6.0厘米,重量在2克左右。尽管南极磷虾具有一定的游泳能力,但通常在大洋中处于随波逐流的状态,因此仍然属于浮游动物。南极磷虾的身体可分为两部分:头胸部和腹部。头胸部是头部和胸部结合在一起形成的,有6对胸足用于滤食食物和1对触角:腹部分为7节,有5对腹足用于游泳。它们的身体几乎透明,壳上点缀着许多鲜艳的红色斑点,黑色的眼睛大而突出,因摄食含有叶绿素的浮游藻类,消化系统呈现鲜艳的草绿色,清晰可见。南极磷虾是地球上生物量最大的多细胞生物之一。

南极磷虾是维持整个南大洋生态系统运转的驱动器,南极磷虾具有集群的习性。在大量南极磷虾聚集在一起的时候能够延伸到方圆数公里的范围,密度可达到每立方水体几千到上万条虾,能够使海水变成红色,但人们很难见到这种景象,因为它们具有昼夜垂直移动的习惯,白天一般分布在比较深的海水中。

它们主要以水体中的浮游植物为饵料,也会捕食一些小的浮游动物。南极的夏季水体中的浮游植物繁殖速度很快,初级生产力非常高,为南极磷虾提供了充足的食物和能量。南极磷虾主要在南极的夏季(1-3月)产卵,此时,海洋环境温度常在0℃左右,适合磷虾幼体的生长。夏季是南极海洋浮游藻类生长旺盛的季节,雌性南极磷虾每次能够产6000~10000粒卵,而且会在一个夏季多次产卵。

目前人们仍然不知道南极磷虾到底能活多少年,澳大利亚的科学家通过室内进行培养的结果认为南极磷虾的寿命可达到11年。

目前为止,我们仍然不知道南极磷虾是如何度过南极寒冷、黑暗而漫长的冬季的。南极磷虾对南大洋恶劣的环境具有很强的适应能力,由于南极的冬季非常漫长,浮游植物很难生长,因此南极磷虾在相当长的时间内难以获得维持生命所需要的饵料。实验结果表明,南极磷虾在没有饵料的情况下能够存活200天的时间,这已经足以使其度过南极黑暗、寒冷以及食物缺乏的漫长冬季。

南极磷虾在环境恶劣的情况下,身体能够逐渐变小,出现“负生长”。南极磷虾无论能否获得食物,都会持续不断地进行脱壳,通常约20天的时间就会脱一次壳,目的是摆脱几丁质外壳对生长的束缚。但对处于饥饿中的磷虾为什么要进行脱壳却很难让人理解,其实这也是南极磷虾为了维持生命而不得不做的事情:南极磷虾的身体比重比海水大,因此如果要维持在海水中的漂浮状态,南极磷虾就必须不断地划动附肢,这在某种程度上要耗费很多的能量来维持身体的漂浮,身体越重需要的能量越大,而脱壳能够使其减轻重量。另外,南极磷虾体内的脂类物质含量非常少,而脂类物质往往是生活在高纬度海域生物在不能获得外界食物时的能量来源,在环境条件不好的情况下南极磷虾靠消耗体内的蛋白质来维持生命,但身体会变得越来越小,首先被消耗掉的是生殖系统。因此,一条本来已经成熟、甚至产过卵的大个体磷虾,在经历了严酷的冬季之后却变成了一条未成体、小个体甚至是幼体磷虾。

南极磷虾在身体出现负生长的时候,其复眼中的小眼的数目和复眼的直径保持不变,利用复眼直径或小眼数目与体长之间的比例可以测定磷虾是否产生了负生长,准确鉴定磷虾的年龄组,同时利用这种比率的变化,可以反映南极环境的区域和年际变化。

最近英国科学家在南极使用水下机器人对南极海底进行观察的时候,在水深3000米的地方发现了南极磷虾。在南极水深3000米的地方发现磷虾出乎人们的意料,因为在3000米的深水中要耐受300个大气压的压九对于南极磷虾来说从3000米到达表层海水需要约4个小时的时间,足以说明南极磷虾的一些生物学特征的特殊性。