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蓝色生命的探索之旅

 红瓦屋图书馆 2013-03-13
蓝色生命的探索之旅
主讲人:南京大学地理与海洋科学学院教师 左 平

  坛主小传    左平,南京大学地理与海洋科学学院教师,2012年度海洋人物;获得教育部科技进步二等奖、第四、五届全国大学生海洋知识竞赛“优秀指导教师奖”;主持国家自然科学基金青年基金1项、省部级项目2项、联合国环境开发署项目1项,NC-IUCN项目1项;完成了海岸带外来物种互花米草的生态灾害调查,并完成了中国首次滨海湿地的制图工作,建立了中国滨海湿地分布、面积、现状数据库,完成了近40年来中国滨海湿地面积变化的对比工作。  

  核心提示

  ● 海洋面积占到地球面积的71%。海底的地形和地貌多样性远超过陆地。

  ● 人类探测过的海底不超过一万平方公里,对海底世界的了解还很有限。

  ● 无脊椎动物是海洋生物生命活动的主体,是动物最基本的原始形态。

  ● 海洋中绝大多数鱼是硬骨鱼,大概有三万多种。

  ● 最简单的问题也是最科学的问题,最基本的问题也是最科学的问题。

  ● 从自己做起,从现在做起,爱护海洋生命的生活环境,才能够保护生物,才能合理开发和利用海洋资源。

  地球上有超过70%的面积被海水所覆盖。在地球生命演化的过程中,海洋被称为生命的摇篮,在海洋中生活着为数众多的神秘而奇妙的海洋生物。下面我们就开始蓝色生命的探索之旅。

  美妙的海洋生物

  首先,讲一讲海洋环境。海洋面积远远大于陆地面积,占到地球面积的71%。海洋海底的地形和地貌多样性远远超过陆地,海底山脉也远远长于陆地,比如马里亚纳海沟是世界最深的海沟,有一万多米深,而且还有巨大的海盆、边缘海。到目前为止,人类探测过的洋底不超过一万平方公里,对海底世界了解得还很有限。人类探索海洋要比探索陆地困难,如果一个人在水里走路,肯定比陆地要困难得多。但是对鱼类,它们却可以游动自如,而且速度非常快。

  生命的基本演化顺序是由简单到复杂,由低等到高等,由水生到陆生,由海洋到陆地。大家可以想象一下,在陆地的生态系统当中,只要是缺水的地方,比如说沙漠地区,它的生物多样性肯定是低的。水是决定陆地生物分布的一个重要因素。植物的生长需要水,动物的生命活动需要水,人可以三天不吃东西,但是三天不喝水就不行了。所以,水对地球生命是至关重要的。

  到目前为止,海洋中被识别出来的生物有一万多种,实际上远远不止这个数。因为,海洋当中有很多微小的藻类,尤其是那些自养藻类,人类鉴定不出来,因为拖网的网孔做得不够细,打捞不出来就无从鉴定。

  海洋藻类是海洋生物的主要组成部分,占比在98%以上。有一些大型藻类形成了巨藻林。巨藻林在我国分布得不是很多,它主要在冷水区,比如加利福利亚寒流、环北冰洋区域等。在巨藻林生态系统里,从最小的微生物一直到各种螺类、高等动物也就是哺乳动物都有,是非常复杂的生态系统。巨藻收割以后重要的加工途径是做食品,比如一些胶类:海藻胶、卡拉胶等,还有就是做化妆品、药品。

  大西洋的清澈度非常高,因为它有大面积的马尾藻。在我国的青岛海域,2008年大面积的浒苔爆发,形成一个海上的草原,这就是一种赤潮灾害。赤潮不一定全是红色的,不同的藻类颜色是不一样的。海洋植物在不同的条件下,利弊程度是不一样的。比如浒苔,它少的话可以净化水质,打捞上来也可以做一些简单的工业开发;但如果大面积爆发的话,人们来不及捞就麻烦了,因为藻类的生长周期非常短,几个星期之后就死掉了,腐烂过程需要消耗氧气,直接导致水体中的其他动植物缺氧,生态系统必然受到损害。

  “海上森林”是由一种叫红树植物的高等植物形成的景观。红树植物是生活在海湾地区被海水浸泡的植物的通称。在地球演化史上,红树植物原来被认为是陆地植物,在经过地震、地陷以后,开始被海水浸泡,经过几万年、几十万年的演化,慢慢适应海水浸泡的环境,最后成为我们现在看到的红树植物。这种红树植物在涨潮的时候特别漂亮,它的茎、树干底部是被海水淹没的,绿油油的树冠漂在海洋表面非常壮观。

  神奇的海洋动物

  (一)维纳斯的花篮

  无脊椎动物是指背侧没有脊柱的动物。人都有脊柱支撑身体,但也有很多动物是没有脊柱的,大概占动物总数的95%以上。无脊椎动物是海洋生物生命活动的主体,是动物最基本的原始形态。英国BBC曾有人讲过这样一句话,如果一夜之间脊椎动物从地球上消失,世界会安然无恙,但如果消失的是无脊椎动物,整个生态系统就会崩溃。在海洋当中,无脊椎动物是很多大型脊椎动物的食物来源,如果无脊椎动物不存在了,比如水母就是很多动物的食物来源,如果水母不在了,以它为食的动物就不存在了。现在讲环境保护,讲生态系统健康,在动物保护方面,重要的就是保护完整的生物链。从低层到高层,每个组成部分都同等重要,这样生态系统才能健康。

  无脊椎动物中有一种叫海绵,它有非常多的颜色,结颗海绵、柱状海绵……如果去海洋潜水,经常看到的就是海绵,它属于多孔动物酶。海绵有一个特性,就是有非常多的孔,它的每一个细胞都是一个独立的生命。如果把海绵通过筛网分解开,它每一个细胞依旧可以独立地活着,放开后它会自然地再集结到一起形成一个海绵体;如果你不让它结合到一起,它就会继续分裂,因为它是分裂生殖的,然后形成一个大的海绵体。当然,前提是需要给它一个适合生长的条件,海水区就非常适合它的生存,如果把它放到淡水区就不行了。所以说,生命的生长首先要尊重它的自然规律,给它一个适合的生长条件。

  “偕老同穴”是生活在深海中的海绵动物,这种海绵像网兜,四周布满小孔。偕老同穴的名称和一种称为“俪虾”的小虾有关,这种小虾小而纤弱,它们在很小时,常一雌一雄从海绵小孔中钻入,生活在里面既安全又能得到食物,随着小虾长大,它们在海绵体内再也出不来,成对相伴生活,直至寿终,因此人们把这种海绵称为“偕老同穴”。俪虾的“俪”就是恩爱夫妻的意思,俪虾也因此而得名。基于这个动人的结局,日本人便将日本海常见的偕老同穴视为吉祥之物,在婚礼喜庆时,常把偕老同穴的干制标本作为爱情的定情信物赠送给心上人,以示结百年之好,永不分离。在西方也有类似的传说,把它视为爱和美的女神维纳斯的花篮,故“偕老同穴”又有维纳斯的花篮之美称。

  珊瑚也是无脊椎动物,它的生态系统非常漂亮,长在热带海域。最好的珊瑚礁生态系统在印度尼西亚。珊瑚礁生态系统是全球生产力最高的生态系统,最高可以达到热带雨林的四倍。热带雨林是陆地生态系统最复杂的,珊瑚礁生态系统比它更复杂。除此之外,珊瑚礁生态系统的食物链也是最长的。陆地生态系统的食物链最高到五级,而珊瑚礁生态系统的食物链最长可以达到七级。在每一个小珊瑚虫的里面都有一个藻类与它共生,即植物和动物的共生:植物可以给动物提供新陈代谢需要的氧气,植物的光合作用又可以为动物提供有机质,珊瑚虫如果捉不到食物,橙黄藻(一系列藻类的统称)还可以给它提供能量。珊瑚虫作为动物排泄出来的营养盐、氮磷等又可以直接供植物生活。所以珊瑚礁生态系统要生活在比较清澈的海域,如果是在河口区,泥沙含量非常大,阳光不足,橙黄藻不能生活,珊瑚礁生态系统肯定长不好。有这么一个植物和动物的共生就实现了现在常讲的双赢,所以它的生产力非常高。大家看到的珊瑚基本上都是五颜六色的,其实,珊瑚虫是一种动物,本身是没有颜色的,它的颜色是来自橙黄藻的颜色。如果藻类的胡萝卜素、叶红素、叶黄素哪一种素的含量高了一点,颜色就倾向于哪种颜色。在水体中,珊瑚虫是一片一片连在一起的,形成了一面全是嘴的墙。任何有机颗粒经过这片区域的时候都会被珊瑚虫捕捉到,这堵“墙”的利用率是相当高的,这也是珊瑚礁生态系统生产力相当高的另一个原因。

  还有一种无脊椎动物叫海佛手,它有一个美丽的故事:一个国王的女儿出家了,后来父亲生病,她就舍弃了一个胳膊去救她的父亲,剩下来的胳膊投入海里就变成了海佛手。海佛手很漂亮,属于节肢动物酶,它的头、胸、腹三部分已经适应并固着在基岩海岸(坚硬岩石组成的海岸)上面。另外,在西班牙加纳利海岸、南极列岛等也有海佛手。

  小孩子都很喜欢海星,这个生物非常有意思。在印度尼西亚,人们养贝类,但如果池塘里出现海星就麻烦了,因为海星的繁殖能力非常强,它可以用它的五个指把贝壳紧紧包住,扒开以后吸食贝类的肉体,导致贝类死亡。毫不夸张地说,海星是贝类的天敌。后来,当地人把海星捞出来,把海星砧成几块以后再扔进池塘去,他们以为这样做就可以把海星变成贝类的食物。结果,他们发现这么做之后,贝类被吃光的概率更高了。为什么呢?因为,海星的每一块都是一个再生体,都能够长成一个完整的海星,也就是说,当地人的举动其实是促进了海星的繁殖。美国的科学家、生物学家知道了这个现象后,就开始研究到底是什么基质促使海星有这么强的再生能力?这个基质是某种蛋白,还是某种激素,还是某种物质。如果能把这个基质提取出来用于生物的生命活动会怎样呢?假设创口贴上面有这样一种再生能力非常强的物质,那么,今天晚上被弄伤的伤口,第二天早上是不是就可以愈合了呢?任何一种有意思的现象出现后,你要找到它的原因,在找到原因之后想一下,这种现象和原因连接起来,能不能为我们的生产和生活起些作用,将来是否可以做一些资源性的开发。

  (二)犬牙交错的鲨鱼和绅士企鹅

  海洋鱼类的分类有很多种,我这里简单地分了三类:圆口纲的鱼、软骨鱼和硬骨鱼。圆口纲的鱼就是盲鳗和八目鳗,就是大家吃的鳗鱼。鲨鱼、红鱼和蝠鲼等都是非常典型的软骨鱼。青草鲢鱼、大黄鱼、小黄鱼、带鱼这些全是硬骨鱼。海洋中绝大多数鱼都是硬骨鱼,大概有三万多种。

  大家比较熟悉的鲨鱼,它们的牙齿是犬牙交错,虎鲨一生当中可以有两万四千颗牙齿,它的牙齿和人类的不一样,人从乳牙到恒牙做一次替换;鲨鱼的牙齿是锁链,因为经常撕咬食物,它的牙齿损伤非常大,前面的牙齿到一定时间就会损伤掉,后面的牙齿就长到前面去,牙齿就这样替换掉了,一生需要替换非常多的牙齿。软骨鱼,尤其是鲨鱼,它的尾巴是歪尾,可以上下对折,对折以后是平行尾;鲨鱼的鳞叫盾鳞,跟鱼鳞不一样,鱼鳞是可以刮下来的,而盾鳞像磨砂一样,刮不掉。鲨鱼的生殖现象有卵生,也有卵胎生。所谓的卵胎生,就是鲨鱼先在体内生了一个卵,这个卵就在它体内,卵里面孵化出小鲨鱼,再把小鲨鱼生出来。鲨鱼被称为海洋中的活化石,它的地位和文昌鱼是等同的。因为这种卵胎生的现象是从卵生到胎生的过渡,在某些情况下,它揭示了是先有鸡还是先有蛋的问题。虽然到目前为止,生物学界没有一个科学家可以拿出确切的证据来解释到底是先有鸡还是先有蛋。很多科学问题回到一句话——最简单的问题也是最科学的问题,最基本的问题也是最科学的问题。就像哥德巴赫猜想一样,很多基本问题直接通向的就是科技的顶端。在生物学界,尤其是海洋生物这块,更多的未知领域完全是黑箱,我们甚至也不知道箱子在哪里。

  鲨鱼为了适应在海水当中游泳,它的体重必须变得轻一点,就像鸟类为了飞行,它的骨骼要变得中空一样。鲨鱼体内适合游泳的对抗基质就是它体内的肝脏特别大,肝脏内储存了非常多的油脂,我们提取出来就叫鱼肝油,就是鲨鱼的一种对抗基质。

  石头鱼属毒鲉鱼族,学名“玫瑰毒鲉”,因其像玫瑰花一样长有刺,且有毒,故而名之。石头鱼貌不惊人,身长只有30厘米左右,喜欢躲在海底或岩礁下,将自己伪装成一块不起眼的石头,除了眼睛在一点点地动之外,其他地方都不在动。如果有人不留意踩着了它,它就会毫不客气地立刻反击,向外发射出致命剧毒,它的脊背上那12至14根像针一样锐利的背刺会轻而易举地穿透鞋底刺入脚掌,使人很快中毒并一直处于剧烈的疼痛中,直到死亡。

  物质丰富了以后,很多人喜欢探险,喜欢去玩,海洋是非常好玩的区域,但是要注意安全。在海洋的鸟类中,小孩子最感兴趣的就是企鹅,帝企鹅是最绅士的企鹅。它绅士到什么程度呢?作为鸟,帝企鹅是由卵孵化出来的,一年生一个卵,然后把卵孵化成小企鹅。它们的家族观念非常强,一家三口轮流去捕食,或者是父母俩一起去捕食。在企鹅群里有一个“幼儿园”,会有几个大企鹅把这些小企鹅集中到一起,负责看护小企鹅。父母捕食回来以后通过小企鹅的叫声就能找到自己的孩子。目前发现的企鹅一般都生活在寒冷区域。

  (三)家庭观十足的海洋哺乳动物

  最后说一说海洋里的哺乳动物。海豹、海狮、海狗和陆地上的狗猫几乎是同一科的。在海洋中、在生物演化史上为什么有哺乳动物出现?据说也是沧海桑田海陆变迁,让某些陆地动物重新进入海洋。比如海豹,它除了捕食以外大多数活动时间还是在陆地上的。小海豹生下来,在海里面的时间不能太长,要打一个洞把小海豹放在洞边上,因为小海豹还太小,肺部功能还发育得不是太完整。小海豹是乳白色的,因为在冰上,如果小海豹是黑色的话,就容易被其他动物发现,被捉走吃掉,这是它的保护色。海豹实际上是非常警戒的,它的孩子在冰上,它会看得紧紧的,一旦发现危险,就把它捞进来。

  最早的时候,有人把海豹和海狮归为一种,后来人们发现,海狮比海豹运动更为灵活,在海洋馆,表演用的全是海狮。海狮比海豹灵活,是因为它的前鳍可以把身体支撑起来,而且头部可以自由转动,所以,海狮可以用嘴巴顶足球。这就是海豹和海狮的基本区别。海豹所谓的笨是在陆地上笨,身体只能拉伸,蠕动往前走,但是,海豹在水里非常灵活,可以游得非常快。

  北极熊的家族观念也非常强,一家三口固定在一起。海牛也一样,生下来以后也是跟在父母的身后,在海里面游动。在大型藻类不多的时候,海牛就吃下面的小藻类,它的嘴巴一直在吸食,一直在吃。

  从小做起,保护海洋

  说到海洋资源的开发利用和保护,百川到海,最后所有的陆地水都归于海洋,如果陆地水污染了,海水自然就脏了。所以,保护就要从身边一点一滴的小事做起,不要随地扔垃圾。比如,海龟是吃水母的,如果塑料袋被丢进海里,它的形状就像一个水母,海龟吃了就要生病。所以,我们的一举一动和海洋都密切相关。从自己做起,从现在做起,爱护海洋生命的生活环境,才能够保护生物,才能合理开发和利用海洋资源。

  (本报记者 葛灵丹 根据左平老师在南京图书馆的演讲编辑整理,未经本人审阅)

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