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為解決繁衍問(wèn)題,這個(gè)稀有的深海生物開(kāi)發(fā)出了雌雄同體
以下內(nèi)容為中科院海洋研究所研究員徐奎棟演講實(shí)錄:
海洋占了全球71%的面積,平均水深是3682米,海洋產(chǎn)生了全球一半的氧氣,相當(dāng)于我們每人每呼吸兩口氣,一口氣的氧氣就來(lái)自海洋。
同時(shí),海洋產(chǎn)生了全球二分之一的凈初生產(chǎn)力,相當(dāng)于和陸地植物一樣多,而且產(chǎn)生了三分之二的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。
這是從海底看地球,在大西洋兩側(cè)的一張圖。
圖中非常長(zhǎng)的棕色部分就是近海,即200米以淺的陸架海域,這是非常窄的一個(gè)小地方,絕大部分都是深海。
出了陸架,海洋很快變得非常深,到了陸坡,然后到了深海。
我們通常定義深海為水深超過(guò)1000米的海域,占海洋面積的90%。
人類了解比較多的是近海這片區(qū)域,對(duì)廣袤的深海了解很少,人類對(duì)海洋的探測(cè)不超過(guò)海洋面積的5%。
所以有人講,我們對(duì)火星表面的了解、對(duì)月球背面的了解都比深海要多。
但是海洋又非常重要,它其實(shí)和陸地的地形非常相近。
它有平原、有峽谷、有深淵,還有很多海山,還有一些非常特殊的化能生態(tài)系統(tǒng),也就是熱液、冷泉,通過(guò)海底噴出的這些化合物,來(lái)供養(yǎng)一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。
深海是一個(gè)神秘的世界
深海很特別,特別在哪里呢?
深海非常寒冷,壓力非常大,非常黑暗,是幾乎無(wú)光的世界。
生物想要生存在這個(gè)世界里,肯定要有非常特殊的結(jié)構(gòu),也孕育了非常特殊的酶資源、基因資源。
深海也是礦產(chǎn)資源的一個(gè)主要產(chǎn)區(qū),包括一些結(jié)殼資源、結(jié)核資源、稀土資源,都在深海。
深海這個(gè)特殊的環(huán)境,也孕育了很多新奇的生物。
可以說(shuō)我們?cè)诮0l(fā)現(xiàn)的生物,在深海都能找到同類,但是絕不可能找到同樣的物種,通常,近海和深海中的物種是截然不同的。
另外,深海有很多富鈷結(jié)殼,就產(chǎn)生在海山的地方,包括稀土。
有些人講,下一個(gè)采礦的區(qū)域就是深海,因?yàn)?span style="box-sizing:border-box;font-weight:700;margin:0px;padding:0px;border:0px;">這些礦產(chǎn)資源可以滿足地球陸地不能滿足的資源。
現(xiàn)在關(guān)注深海,也關(guān)注生命起源的問(wèn)題。
深海是一個(gè)比較特殊的生命系統(tǒng),是不依賴太陽(yáng)光的生命系統(tǒng),靠海底冒出來(lái)的這些“黑煙囪”,那些硫酸鹽、硫化氫、甲烷這些系統(tǒng)來(lái)供養(yǎng)一個(gè)生命,包括熱液。
很多人在探究生命起源的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)熱液生態(tài)系統(tǒng)和當(dāng)初地球產(chǎn)生生命時(shí)的場(chǎng)景非常相似:無(wú)氧、高溫、大量的硫化氫、大量的二氧化碳。
所以大家探測(cè)深海,也是在探究生命起源的密碼。
深海最主要的一個(gè)特點(diǎn)就是深,所以壓力大,每增大10米,壓力就增大一倍。
我在深海馬里亞納海溝那里做了一個(gè)實(shí)驗(yàn),如圖顯示,我把一個(gè)類似方便面盒大小的泡沫盒放到6000米的海溝里,然后再把它拉上來(lái)。
拉上來(lái)后,這個(gè)盒子變得非常小,被急劇壓縮了,這相當(dāng)于什么呢?
在一萬(wàn)米的深處就有1000個(gè)大氣壓,這相當(dāng)于在你的指甲上放一噸重的東西,這個(gè)壓力是非常可怕的。
深海的生物也壓力山大,所以它們開(kāi)發(fā)出各種各樣的武器來(lái)抗拒深海的壓力。
比如這種獅子魚(yú),深海獅子魚(yú)是深淵的典型魚(yú)類,它通過(guò)把皮膚變得非常通透,使身體里的組織可以產(chǎn)生更多的含水量。
同時(shí)他們做了CT,看到它的骨骼非常纖細(xì),容易彎曲,它通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu),包括一些內(nèi)部物質(zhì)的變化,使自己變得通透,可以抵抗壓力。
另外,深海非常寒冷,深度超過(guò)2000米的深海,溫度通常都小于4度。
一些魚(yú)為了防止被凍僵,它的血液里就產(chǎn)生了一種糖蛋白,相當(dāng)于一種防凍液。
到了深度約1000米的深海,就幾乎沒(méi)有生物學(xué)意義的光了,幾乎是無(wú)光的世界,所以很多生物盡管有眼睛,但眼睛其實(shí)已經(jīng)退化了,這是一種適應(yīng)的結(jié)果。
深海生物生活在深海,就要解決兩大問(wèn)題:第一個(gè)是生存,第二個(gè)是繁衍。
關(guān)于生存,我們知道深海生物的主要食物來(lái)自于上層海洋通過(guò)光合作用生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)沉降到海底。
這些食物在沉降的過(guò)程中,很多都消耗得差不多了,被分解掉了,所以深海生物面臨的很大的問(wèn)題就是饑餓,只要撈到食物,就一定要讓自己吃飽。
比如深海鮟鱇,這種魚(yú)嘴特別大,一旦抓到食物,就可以吃掉比它自己身體大兩倍甚至三倍的食物,一旦吃掉,可能就解決很長(zhǎng)一段時(shí)間的生存問(wèn)題了。
另外,深海的魚(yú)類嗅覺(jué)特別靈敏,把一塊肉放到海底,很快就會(huì)有很多魚(yú)過(guò)來(lái),這也是滿足自己生存的需要。
有些生物因?yàn)閭€(gè)體稀少,在種群的繁衍時(shí)遇到很大的問(wèn)題,所以它們就自己開(kāi)發(fā)出雌雄同體,解決了繁衍的問(wèn)題。
深海的特殊環(huán)境也產(chǎn)生了很多的海怪,深海的魚(yú)都特別丑陋,它的嘴巴特別大,抓到食物那就不能放掉。
包括海蟑螂,在有巖石的海邊,很多跑得非??斓男◇?,只有一兩厘米,到了深海,它的同類可以變成40厘米那么大。
所以深海產(chǎn)生了非常多的生物,這些生物提供了很好的研究未來(lái)新興化合物資源的基礎(chǔ)。
海底的生命綠洲
人類的好奇心驅(qū)動(dòng)著我們對(duì)深海的探索,大導(dǎo)演卡梅隆自己出錢到澳大利亞做了艘小潛艇,就是一個(gè)載人的深潛器,潛到了馬里亞納海溝。
差不多到海溝底,即深度將近10000米的地方,據(jù)他自己講,他在5000米以內(nèi)時(shí)還可以看到很多的生物,包括魚(yú)類。
但是到了5000米以上的地方,就什么都看不見(jiàn)了,只聽(tīng)到潛艇吱吱嘎嘎地響,那確實(shí)是一種挑戰(zhàn)。
海底到底是沙漠還是生命的綠洲呢?
這是在熱帶西太平洋2000米深的海底看到的影像,大部分地方都是茫茫的白沙,這種沙就是上層的有孔蟲(chóng)沉降到海底形成的有孔蟲(chóng)砂。
大部分地方像海底沙漠,但是到了一些地方,我們可以看到生命綠洲。
到了海山、熱液、冷泉、有噴出物的地方,就可以看到生命的盎然存在。
海山是生命的綠洲,顧名思義,海山就是海底山,通常界定為從海底算起的高度超過(guò)1000米,不露出海面的山,露出海面的就是島或礁。
海山都是當(dāng)年海底火山噴發(fā)形成的,全球超過(guò)1000米的海山差不多有三萬(wàn)座,有的人說(shuō)甚至更多,它占了全球至少16%的面積。
可以說(shuō)海山是海底非常常見(jiàn)的一種生態(tài)景觀,海山為什么重要呢?
海洋中都有環(huán)流、有海流,海流一旦碰到山,就要爬坡,形成上升流,通過(guò)上升流把營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶到海表。
這樣光合作用就可以產(chǎn)生了,形成一片高生產(chǎn)力的區(qū)域,有吃的,魚(yú)就來(lái)了,一些可以吃魚(yú)的生物,比如大洋的鯊魚(yú),鯨類就過(guò)來(lái)了。
所以通常來(lái)講,有海山的地方,都是有大洋漁場(chǎng)的地方,也是生命聚居的地方。
生物在深海中要繁衍,繁衍肯定從一個(gè)地方擴(kuò)布到另一個(gè)地方。
因?yàn)樯詈5椎纳锱艿梅浅B?,它們主?span style="box-sizing:border-box;font-weight:700;margin:0px;padding:0px;border:0px;">通過(guò)幼體來(lái)擴(kuò)布,它必須通過(guò)流找到一個(gè)合適的地方,才能繁衍下來(lái)。
只有在海山這些地方,又能找到自己的同類,又有吃的、有喝的,它就可以很好地在這里拓殖下來(lái),在這里生存下來(lái)。
座頭鯨生命中70%的時(shí)間都在一些地方駐足,后來(lái)研究發(fā)現(xiàn),它們駐足的地方基本上都是海山。
因?yàn)?span style="box-sizing:border-box;font-weight:700;margin:0px;padding:0px;border:0px;">海山給它提供了很好的食物基礎(chǔ),它把海山作為自己的一個(gè)驛站。
海山都是當(dāng)年海底噴發(fā)形成的,絕大部分都是硬底,很多東西就長(zhǎng)在這上面,包括一些深海的珊瑚、深海的海綿。
深海的海山生物長(zhǎng)得非常慢,生命又很長(zhǎng),最老的一個(gè)動(dòng)物差不多4600多歲。
右側(cè)這張照片是我們?cè)?span style="box-sizing:border-box;font-weight:700;margin:0px;padding:0px;border:0px;">馬里亞納海溝旁邊的一個(gè)海山采到的一株冷水珊瑚,我們回來(lái)給它測(cè)了年齡發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)了1200歲。
這樣的生物都長(zhǎng)了幾百年、上千年,一旦被破壞,恢復(fù)起來(lái)會(huì)非常難。
目前,深海采礦已經(jīng)開(kāi)始了。
未來(lái)深海的主要采礦區(qū),這些富鈷結(jié)殼,包括結(jié)核資源、底拖網(wǎng)的深海捕撈,就可能對(duì)海山,包括其他深海的生境產(chǎn)生非常大的影響。
因此,聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)開(kāi)始關(guān)注海山,把海山及其生態(tài)系統(tǒng)作為脆弱生態(tài)系統(tǒng)加以保護(hù)。
我們要保護(hù)海山、保護(hù)深海,就必須要研究它。
舉個(gè)例子,這兩張圖是我們?nèi)ツ暝?span style="box-sizing:border-box;font-weight:700;margin:0px;padding:0px;border:0px;">西太平洋的卡羅琳海山采到的兩個(gè)海蛞蝓,它是一種貝類。
全球有3000多種海蛞蝓,大部分都在淺海,這是我們?cè)诘谝淮卧谖魈窖蟮纳詈2傻降摹?
有些人會(huì)講,這個(gè)東西這么稀有、這么萌、這么好,一旦采上來(lái),不是破壞它嗎?
如果我們不研究它,就不知道它是什么東西,不知道它在哪里分布,那么如何保護(hù)它?
所以要保護(hù)深海、保護(hù)深海的生物多樣性,我們首先必須要認(rèn)識(shí)深海,了解這種生物是不是特別。
深海的探測(cè)研究
深海研究最大的問(wèn)題是如何采集樣品,即如何獲得這個(gè)樣品,我們?cè)賮?lái)研究。
以前無(wú)法研究深海,只能望洋興嘆,因?yàn)闆](méi)有裝備,我們出不去,也很難潛得深,也看不見(jiàn)什么東西,拿不上來(lái)。
我們之前怎么做深海的生物采樣呢?
可以說(shuō)就是盲拖,我們通過(guò)阿氏網(wǎng)或類似拖石頭用的爬網(wǎng),放到海底拖20分鐘,甚至半小時(shí),結(jié)果不僅破壞海底的生境,往往還會(huì)丟失很多設(shè)備。
我們?cè)谝粋€(gè)航次中丟了兩個(gè)設(shè)備,壞了三個(gè),而且都是比較貴的設(shè)備。
最大的問(wèn)題是,拖這個(gè)設(shè)備得有一個(gè)纜,那個(gè)纜都是上千萬(wàn)元的,很容易把纜拖斷,所以非常危險(xiǎn)。
工欲善其事,必先利其器。隨著我國(guó)的“科學(xué)”號(hào)服役,我們可以真正開(kāi)始深海探索的夢(mèng)想。
“科學(xué)”號(hào)有一個(gè)神器:“發(fā)現(xiàn)”號(hào)ROV,即無(wú)人有纜的深潛器。
ROV有兩個(gè)機(jī)械手,左側(cè)是一只粗手,干粗活重活的。右邊的手是干細(xì)活的。
同時(shí),它有七個(gè)螺旋槳,有自持力,可以在深海中自己跑,我們就坐在船上,在ROV的操控間里盯著設(shè)備。
通常我們需要三個(gè)人,一個(gè)駕駛,操控ROV來(lái)飛,另一個(gè)操控機(jī)械手來(lái)抓。我通常坐在旁邊,告訴他們哪些地方需要拍一下。
自2013年起,我們?cè)谖魈窖?,主要是?span style="box-sizing:border-box;font-weight:700;margin:0px;padding:0px;border:0px;">馬里亞納和雅浦海山、雅浦海溝這片區(qū)域開(kāi)展了五個(gè)航次的探測(cè),探測(cè)了九座海山。
這就是我們的船到了西太平洋,然后探測(cè)到海山、了解海底地形后,開(kāi)始下放我們的ROV,把它放到底。
ROV有一個(gè)臍帶,那就是一個(gè)纜,這個(gè)纜是給它供電的,我們可以操控供電。
它自己有螺旋槳,這是側(cè)面螺旋槳,它能以兩節(jié)的船速自己航行。
一旦到了海底,幾乎不通過(guò)纜來(lái)操控這艘船,它自己往前飛、往前跑,我們就坐在操控間里。
這已經(jīng)到了將近1000米深的海底,這是一種多毛類
海底有很多這樣的珊瑚,生物非常多,看起來(lái)它們像小草、像樹(shù),其實(shí)它們都是珊瑚類動(dòng)物。
這是一個(gè)海綿,這種生物主要是把海水的海流帶來(lái)的食物進(jìn)行收集過(guò)濾。
這是深海蝦,深海的蝦絕大部分都是紅色的,它們游泳方式都不一樣,淺海的蝦游泳大都是狗刨式的,深海的蝦基本上就像劃槳。
這是海底的龍戲水,我們用ROV制造出來(lái)的類似景像。
這是一只小飛象,因?yàn)樗w得太快了,所以我們來(lái)不及給它更好的近妝照,這時(shí)大家非常激動(dòng)。
這是一個(gè)軟體動(dòng)物,和八帶蛸類似。
這是海底像草一樣的東西,但都是動(dòng)物,是深海的珊瑚類,尤其在石頭上,因?yàn)?span style="box-sizing:border-box;font-weight:700;margin:0px;padding:0px;border:0px;">石頭可以接觸更多海流,可以帶來(lái)更多食物。
通常來(lái)講,這種珊瑚上有很多生物附著,深海的珊瑚,包括海綿,多的時(shí)候可以形成珊瑚林,形成海綿場(chǎng)。
這是一個(gè)深海的海參,是半透明的。
如果發(fā)現(xiàn)特異的、沒(méi)有研究過(guò)的生物,我們通常會(huì)用機(jī)械手來(lái)抓取。
這一片區(qū)域我們之前幾乎都沒(méi)有探索過(guò),所以我們這次采的樣品,至少三分之一以上,都是以前沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的、沒(méi)有描述過(guò)的東西。
這是細(xì)機(jī)械手,可以精準(zhǔn)地抓取一些東西。
這是一個(gè)柳珊瑚,差不多有50厘米高。
這是一種非常特別的半索動(dòng)物,它吃的是底下的沙子,它的腸道幾乎都可以看得非常清楚。
這是一個(gè)???/span>,一刺激它就收縮了。
這是一個(gè)海百合。海百合全部都是深海的。
這是一個(gè)深海的多毛類。
有些地方珊瑚聚集成堆,我們稱之為珊瑚林。
這是海蛇尾。
海山地形都非常復(fù)雜。
這是一個(gè)螺旋的金柳珊瑚。
這個(gè)黃色的是海綿,一些微生物附著在上面。
這是一紫色的珊瑚。
這是一株像瓶刷一樣的珊瑚。
這一株是柳珊瑚,兩個(gè)小綠點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)激光筆,它就是一把尺子,是33厘米。
采集上來(lái),到了甲板上,就開(kāi)始保存這些樣品,用于以后的研究。
同時(shí),我們不僅開(kāi)展生物的采樣,地質(zhì)、化學(xué),包括生物生態(tài)我們都做。
這是在船上晚上作業(yè)的場(chǎng)景,做了一些深海的采集。
這是“科學(xué)”號(hào)的甲板,非常寬敞,這是駕駛室。
每個(gè)航次都要給出一個(gè)全家福。
大家可能比較關(guān)注,剛才的小飛象命運(yùn)怎么樣了,從1200米的深度,我們像吸塵器一樣把小飛象吸上來(lái),到了船上還活著。
右圖的扇貝是海灣扇貝,深海的扇貝幾乎是半透明的,左圖是日月貝,像玻璃一樣。
海綿,尤其是玻璃海綿,是深海海山中最常見(jiàn)的類群之一。
這是一個(gè)偕老同穴海綿,為什么叫“偕老同穴”呢?
因?yàn)檫@個(gè)海綿里面是空的,是網(wǎng)狀的,采到海綿時(shí)一定會(huì)發(fā)現(xiàn)一雌一雄兩個(gè)儷蝦。
因?yàn)?span style="box-sizing:border-box;font-weight:700;margin:0px;padding:0px;border:0px;">它們小時(shí)候貪玩進(jìn)去了,長(zhǎng)大了以后出不來(lái)了,就永遠(yuǎn)待在一起,所以叫“偕老同穴”。
生物新發(fā)現(xiàn)
過(guò)去幾年,我們開(kāi)展了國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的海山生物探測(cè)研究,獲得了大量的新發(fā)現(xiàn)。
我們?cè)谖魈窖蟛闪瞬畈欢?00多種,初步研究來(lái)講,至少三分之一,有些類群甚至一半都是新東西,都是之前沒(méi)有研究過(guò)的東西。
那我們現(xiàn)在做什么呢?
我們?cè)诹私?span style="box-sizing:border-box;font-weight:700;margin:0px;padding:0px;border:0px;">西太平洋的海山,這片區(qū)域到底有什么生物?它們?cè)谀睦锓植??它們?cè)鯓由睿?
在海上采樣非常艱苦,我們中國(guó)的船出去以后,是24小時(shí)都在工作的。到了站,就是來(lái)工作、干活,在到下一站之前,我們可以休息一下。
大家有時(shí)一個(gè)航次出去,至少要一個(gè)月,長(zhǎng)的時(shí)候甚至50天左右。
西太平洋風(fēng)平浪靜后是非常美麗的,這就是在西太平洋拍的。
海上起波浪乍起時(shí),經(jīng)??吹揭环N飛魚(yú)從海面上出來(lái),可以飛100多米,它一旦飛起來(lái),就吸引了這種鳥(niǎo),叫褐鰹鳥(niǎo)。
褐鰹鳥(niǎo)特別喜歡飛魚(yú),一旦它飛起來(lái)以后,褐鰹鳥(niǎo)馬上就會(huì)來(lái)了,一場(chǎng)捕食盛宴就開(kāi)始了,非常好玩。
我給大家展示的只是深海的一角,深海還有太多我們不了解、不認(rèn)識(shí)的東西,我希望也通過(guò)這個(gè)報(bào)告,給大家提供一個(gè)認(rèn)識(shí)深海的窗口。
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