深海中的發(fā)光生命

在那漆黑一團(tuán)的海洋深處，也時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些游動(dòng)的點(diǎn)點(diǎn)“燈火”一那是形形色色、光怪陸離的發(fā)光生物。它們南來(lái)北往，忽明忽滅，發(fā)出的冷光，有橙、紅、黃、綠、藍(lán)、紫等各種顏色，仿佛是流星和焰火，又像是在“海底龍宮”舉辦的彩色繽紛的“提燈會(huì)”，給這座奇妙的海底世界帶來(lái)了光明和生命的氣息。

這種生物發(fā)光的現(xiàn)象其實(shí)早為人們所熟知，最著名的當(dāng)屬陸地上的螢火蟲(chóng)。事實(shí)上，能發(fā)光的生物很多，原生動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、蠕蟲(chóng)、環(huán)節(jié)動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、昆蟲(chóng)、軟體動(dòng)物、棘皮動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)，甚至鳥(niǎo)類(lèi)，都有能用各種形式放射出美麗的光亮的例子。

生物發(fā)光也被稱(chēng)為生物冷光，是由生物體內(nèi)一些物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)而引起的發(fā)光現(xiàn)象，即由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能。因此，生物發(fā)光是一種“化學(xué)發(fā)光”。生物發(fā)光和人工光源的發(fā)光過(guò)程是不一樣的。人工光源(如電燈等)在發(fā)光的同時(shí)，還放出了大量的熱，但當(dāng)你把螢火蟲(chóng)攥在手里時(shí)，只會(huì)看到它一閃一閃地發(fā)光，卻感覺(jué)不到熱，這正是上述兩種光源的本質(zhì)的區(qū)別。

不同種類(lèi)的生物，發(fā)光的方式也不相同，一般說(shuō)來(lái)，可分為下面三種：

一種是“細(xì)胞內(nèi)發(fā)光”。這種方式的發(fā)光，整個(gè)過(guò)程都是在生物體內(nèi)的發(fā)光細(xì)胞里進(jìn)行的，是發(fā)光蛋白在鈣離子作用下不需氧的發(fā)光體系。這樣的生物都有專(zhuān)門(mén)的發(fā)光器官。螢火蟲(chóng)的發(fā)光就屬于這一種。

一種是“細(xì)胞外發(fā)光”。采用這種方式發(fā)光的生物，在發(fā)光過(guò)程中要把引起發(fā)光的熒光素和熒光酶從發(fā)光細(xì)胞內(nèi)排出，在體外相遇，氧化后因放出光量子而發(fā)光，例如海洋中的海螢、柱頭蟲(chóng)、磷蟲(chóng)等發(fā)光動(dòng)物。

還有一種是“共棲細(xì)菌發(fā)光”，例如一些發(fā)光魚(yú)類(lèi)。由于在魚(yú)的身體上附有共棲性的發(fā)光細(xì)菌，這些發(fā)光細(xì)菌在新陳代謝過(guò)程中會(huì)發(fā)出亮光。

在海洋里，除了二次返回海洋的爬行動(dòng)物和哺乳動(dòng)物外，幾乎在所有動(dòng)物類(lèi)群中都有能發(fā)光的物種。現(xiàn)已查明的能發(fā)光的物種就包括大約50多種原生動(dòng)物、100余種腔腸動(dòng)物、50余種蠕蟲(chóng)、200多種軟體動(dòng)物、150多種甲殼動(dòng)物和300種左右的魚(yú)類(lèi)。

雖然有的近海魚(yú)類(lèi)也能發(fā)光，如歐洲的鱈魚(yú)、美國(guó)的蟾魚(yú)、我國(guó)沿海的七星魚(yú)等等。但海洋里發(fā)光的魚(yú)，多數(shù)棲息于深海。據(jù)魚(yú)類(lèi)學(xué)家統(tǒng)計(jì)，生活在3000米深處的魚(yú)，有發(fā)光器官的種類(lèi)大約占45％，如角鯊、角鮟鱇、金眼鯛、長(zhǎng)尾鱈和燈籠魚(yú)等一些闊口魚(yú)類(lèi)，都是發(fā)光魚(yú)類(lèi)。

海洋深處遠(yuǎn)不及淺水里那樣光線充足、營(yíng)養(yǎng)豐富，水的流動(dòng)強(qiáng)而有力，溫度和鹽分的變動(dòng)明顯。在深海里，太陽(yáng)光透不進(jìn)去，沒(méi)有植物或很少有植物；沒(méi)有波浪，水的流動(dòng)也相當(dāng)緩慢；海床是由柔軟的甚至是半流體的淤泥和黏土組成的；溫度低，始終保持在0℃至2℃；海水的鹽分也十分固定。此外，在深海區(qū)域內(nèi)，二氧化碳接近液體狀態(tài)，并導(dǎo)致連續(xù)不斷的石灰質(zhì)的溶解。

因此，科學(xué)界曾認(rèn)為，在這樣一片漆黑、低溫、強(qiáng)壓的深海底根本不可能有生命的存在。因?yàn)樵?1000米的深水里，每平方厘米的壓力大于1000千克!直到20世紀(jì)30年代，美國(guó)的科學(xué)工作者在水下923米深處捕到了動(dòng)物。1949年，蘇聯(lián)生物學(xué)家又在太平洋8000米深處得到了動(dòng)物標(biāo)本。后來(lái)的研究進(jìn)一步表明，雖然由于不利的生活條件，深水動(dòng)物不論在量的方面，還是在質(zhì)的方面，都不及高水位的動(dòng)物發(fā)達(dá)，但在海洋深處，生命還是多種多樣的，而且深海的惡劣生活環(huán)境，也造就出了具有特殊適應(yīng)性的深海動(dòng)物，并且在身體構(gòu)造上具有許多相同的特點(diǎn)，許多深海動(dòng)物都自備發(fā)光器官就是其中之一。

魚(yú)類(lèi)的發(fā)光的器官一般由表皮和真皮演變而成，構(gòu)造比較復(fù)雜，而且發(fā)光往往受其神經(jīng)系統(tǒng)的控制。這些發(fā)光器官的構(gòu)造很巧妙，通常位于透明的發(fā)光殼內(nèi)，上面又有多層薄膜；底層光滑而透明，為反光膜；第二層是發(fā)光細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞組成的發(fā)光膜，是發(fā)光器的主要部分；第三層是透明的輸送膜，專(zhuān)門(mén)供應(yīng)發(fā)光器所需要的氧氣和水分；最外面一層是透明的發(fā)光殼膜，它的主要作用是保護(hù)發(fā)光器。

魚(yú)體上發(fā)光器官的大小、數(shù)目、形狀和位置，也因魚(yú)的種類(lèi)而各有不同。大多數(shù)魚(yú)類(lèi)的發(fā)光器官是分布在腹部?jī)蓚?cè)，但也有生長(zhǎng)在眼緣下方、背側(cè)、尾部或觸須末端的。例如長(zhǎng)尾鱈，它是一類(lèi)棲息在大洋底部的深海魚(yú)類(lèi)，因尾部尖長(zhǎng)而得名。它的發(fā)光器大多位于腹部或肛門(mén)附近的皮膚下面，里面也窩藏著發(fā)光細(xì)菌。長(zhǎng)尾鱈依靠收縮肌肉把發(fā)光細(xì)菌從發(fā)光器的開(kāi)口處排出體外，發(fā)出光來(lái)。生活在200～600米深海巖石地帶的金眼鯛，發(fā)光器位于眼的下方，看上去好似提燈的游客。它是大約1億年前的中生代末期就已經(jīng)存在的魚(yú)類(lèi)，并被推想為現(xiàn)今最繁盛的鱸類(lèi)的祖先。它們有腹鰭、尾鰭的筋是柔軟的等原始性的特征，也有背鰭、背骨有刺等進(jìn)化性特征。生活在深海里的角鯊的發(fā)光器很小，散布在皮膚內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)目很多，能發(fā)出強(qiáng)烈而燦爛的淺綠色光亮。即使在死亡3小時(shí)后，它還會(huì)發(fā)光。角鯊在外形上很好辨認(rèn)，它的兩個(gè)背鰭的前面都有一個(gè)很硬的刺(稱(chēng)為棘)，俗稱(chēng)“角”，故名角鯊。

發(fā)光魚(yú)中最有趣的是燈籠魚(yú)目的種類(lèi)。燈籠魚(yú)目都是小型深海發(fā)光魚(yú)類(lèi)，共有376種左右，我國(guó)有48種，包括豐燈魚(yú)、尖吻燈魚(yú)、錦燈魚(yú)、星燈魚(yú)、琥珀燈魚(yú)、明燈魚(yú)、底燈魚(yú)、壯燈魚(yú)、標(biāo)燈魚(yú)、櫛燈魚(yú)、虹燈魚(yú)、珍燈魚(yú)等等。燈籠魚(yú)在頭部和身體腹面兩側(cè)等都有許多發(fā)光器官，位置多達(dá)20多個(gè)，各部位的發(fā)光器都有專(zhuān)門(mén)的名稱(chēng)，如眶前發(fā)光器、鼻背發(fā)光器、鰓蓋發(fā)光器、臀上發(fā)光器等，這成為對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)的重要依據(jù)之一。

科學(xué)家認(rèn)為，深海魚(yú)類(lèi)的發(fā)光給它們帶來(lái)的益處是多方面的。比如大多數(shù)發(fā)光魚(yú)類(lèi)種族之間的聯(lián)系，就是靠發(fā)光來(lái)進(jìn)行的。由于各種發(fā)光魚(yú)具有不同數(shù)目的發(fā)光器官，其位置及發(fā)光的強(qiáng)度各有不同，所以成為同種間進(jìn)行辨認(rèn)，從而進(jìn)行相互聯(lián)系的一種標(biāo)志。特別是這些魚(yú)類(lèi)每到生殖季節(jié)，就發(fā)出亮光作為求偶的信號(hào)，招惹異性前來(lái)交配，達(dá)到繁衍后代的目的。發(fā)光也能使它們有效地防御敵害。例如有的燈籠魚(yú)的尾部追逐器，可以突然發(fā)出亮，借突然的一片光幕，使來(lái)敵大吃一驚，自己卻趁機(jī)溜之大吉。

有的發(fā)光魚(yú)還充分利用發(fā)光這個(gè)有利條件，設(shè)下陷阱引誘趨光生物作為食餌。深海魚(yú)類(lèi)角鮟鱇就是一個(gè)著名的例子。

角鮟鱇首先因雄魚(yú)奇特的寄生生活而著稱(chēng)。它的成年雄魚(yú)的身體很小，寄生在比它大幾倍甚至十幾倍的雌魚(yú)身上。雄魚(yú)的唇和舌與雌魚(yú)的皮膚緊密地連接在一起，根本無(wú)法分開(kāi)了。而且，雄魚(yú)身上的器官，除了與生殖有關(guān)的以外，幾乎全部退化殆盡，已經(jīng)無(wú)法在它們身上找到口腔、下顎、牙齒、鰭和鰓等器官的明顯特征，所以它們只能靠吸吮雌魚(yú)身上流動(dòng)的血液來(lái)維持生命。

角鮟鱇雌魚(yú)的身軀圓圓的，嘴巴大大的，頭部伸著一根又長(zhǎng)、又軟、又能活動(dòng)的背鰭骨線，尖端長(zhǎng)著一個(gè)像小燈籠似的膨大的穗子，活像一根釣魚(yú)竿。它“釣具”上發(fā)光的誘餌，就是背鰭條延長(zhǎng)轉(zhuǎn)化成的發(fā)光器。它們常常把身軀藏在泥沙里，把線伸出外面，模樣兒真像一個(gè)提著釣竿的“老漁翁”。那些見(jiàn)光奔過(guò)來(lái)的趨光魚(yú)，往往會(huì)把在水里擺動(dòng)著的這盞小燈籠誤認(rèn)為是可口的食物，上去就是一口，想把它吞下去，結(jié)果只能是自投羅網(wǎng)。角鮟鱇就在這時(shí)把大嘴一張，周?chē)暮Ｋ蝗幌孪荩菞l貪吃的魚(yú)兒就進(jìn)了它的嘴里，成為它的一頓美餐!

同樣生活在深海中的穗鰭魚(yú)也是精通此道的“能手”。它的“魚(yú)竿”就更奇妙了，由于背鰭骨線變化得更多，仿佛是呈樹(shù)枝狀的一系列釣竿，每根竿上尖端地方都長(zhǎng)有一小塊穗子，這種“引魚(yú)上鉤”的膨脹物—“誘餌”，能全天候地“誘敵深入”，因?yàn)樗懿煌５匕l(fā)出螢光。一些小魚(yú)的趨光性根本就抵擋不住“螢光膨脹物”的誘惑，自投羅網(wǎng)而成了穗鰭魚(yú)的口中之食。

這樣的例子還有很多。在加勒比海生活的一種有趣的魚(yú)，身長(zhǎng)只有15厘米，眼睛下面有一個(gè)白色的“袋子”，能發(fā)出白色的光。在漆黑無(wú)邊的深海中，它平時(shí)就靠發(fā)出的光吸引和捕食小魚(yú)。而在它發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的時(shí)候，還能自動(dòng)把光關(guān)掉，就像是一個(gè)可以自動(dòng)開(kāi)關(guān)的手電筒一樣，因此被人們稱(chēng)為“大西洋電筒魚(yú)”。

由于深海魚(yú)類(lèi)和其他生物由化學(xué)能變?yōu)楣饽艿男屎芨撸瑤缀跄苓_(dá)到90％。因此，這一現(xiàn)象給人們很大的啟示：人們不僅研制成功了發(fā)光效率高日光燈，還考慮制造能給礦井下的照明提供安全保障、可避免瓦斯爆炸等事故發(fā)生的新光源一“冷光燈”。這種冷光燈的應(yīng)用無(wú)疑有著廣闊的前景，例如在掃除磁性水雷時(shí)，可避免磁雷爆炸。現(xiàn)在，人們已經(jīng)能夠初步采用摻和某些化學(xué)物質(zhì)的方法，得到類(lèi)似于生物光的冷光。許多研究者也在繼續(xù)深入探討生物發(fā)光的機(jī)理，希望能夠從中得到某些啟示，以便制造出高效人工冷光源。看來(lái)，人類(lèi)大規(guī)模使用冷光源照明的日子，可能為期不遠(yuǎn)了。到那時(shí)，不僅會(huì)出現(xiàn)各種低價(jià)的冷光發(fā)光體，而且還能裝飾出冷光發(fā)光墻，那可真是“夜如白晝”了。

深海是地球上最大的生物多樣性寶庫(kù)之一。目前，人類(lèi)對(duì)海底世界的了解大約只有1％，對(duì)于深海物種及其生存環(huán)境更是知之甚少。人類(lèi)對(duì)深海的開(kāi)發(fā)才剛剛開(kāi)始，就已經(jīng)證明深海的物種豐富度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人們的想象。這表明，生物進(jìn)化巧妙地設(shè)計(jì)了深海魚(yú)類(lèi)和其他動(dòng)物，使它們能很好地適應(yīng)深海這一明顯不利的環(huán)境。

令人遺憾的是，深海這個(gè)世界上最大的生態(tài)系統(tǒng)目前正在遭到日益嚴(yán)重的威脅，深海魚(yú)類(lèi)和其他海洋動(dòng)物資源逐漸衰竭，而且這種威脅很大程度上來(lái)自人類(lèi)活動(dòng)，特別是過(guò)度捕撈。例如，過(guò)度捕撈和破壞性的捕魚(yú)方法，特別是拖網(wǎng)捕魚(yú)作業(yè)，已經(jīng)導(dǎo)致生活于北大西洋深海的深海長(zhǎng)尾鱈、北大西洋長(zhǎng)尾鱈、藍(lán)鱈、刺鰻和棘尾深海鰩等五種深海魚(yú)類(lèi)數(shù)量急劇下降，從1978年到1994年的5年間，這5種深海魚(yú)種群的相對(duì)豐富度就下降了89％到98％，已經(jīng)瀕于滅絕，前景不容樂(lè)觀。

從前，海洋漁業(yè)主要集中于淺海。由于過(guò)度捕撈導(dǎo)致淺海魚(yú)類(lèi)數(shù)量急劇下降后，人們又將捕撈的目標(biāo)轉(zhuǎn)向深海。對(duì)此，人們必須及時(shí)采取有效的管理措施，否則過(guò)度捕撈或破壞性的捕魚(yú)方法必將對(duì)具有豐富物種的深海生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞，而這些生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性有許多是人類(lèi)目前尚未了解的，具有巨大的潛在價(jià)值。

[責(zé)任編輯 龐云]