奇葩海綿的瘋狂行走

洪藝瑞

在永久冰封的極寒之地，平靜的海面之下散發(fā)出絲絲“血腥”氣息。只見深深插入土壤里的骨針，“咔嚓”一聲碎裂開來。骨針碎片撕扯下部分身體組織，靜靜地落在不遠處。沒有絲毫猶豫，它又邁出了下一步，用另一根骨針拉扯著自己前進，而它身后無數的骨針碎片已經拖出了長長的褐色痕跡。這不是種群間的斗爭，也不是為爭奪配偶而爭斗。這只是一只海綿，為了行走必須付出的代價。

在動物世界，“行走”這件事可以說是各具特色，精彩紛呈。我們的祖先用了數百萬年學會直立行走;蝸牛身后拖著長長的銀色軌跡，以每分鐘8 厘米的速度負重前行……在走路這件事情上，生物的尺寸與行走能力并不成比例。小小的細菌在1秒內就能跑出自己身長的60～100倍;而令人望之生畏的霸王龍，即使擁有12米長的壯碩身材，1秒內也只能移動1.2米。

在為走路而各顯神通的生物中，海綿是個奇葩的存在。新生的海綿尚且可以隨著水流游動，而成年海綿則牢牢地附著在巖石等表面上，一動不動。以至于直到1755年，科學家發(fā)現海綿周圍的水流會發(fā)生改變，同時海綿中央腔的直徑也會變化，他們這才恍然大悟：原來海綿是動物，而非植物。盡管如此，科學家還從未在自然界中觀察到成年海綿的移動。前不久，發(fā)表在《當代生物學》上的一篇研究首次揭示：生活在北極深海的海綿不僅會行走，而且每走一步，就掉一塊肉！

令人震驚的發(fā)現

2016年，德國破冰船“極星號”（Polarstern）在北極執(zhí)行探索任務。科學家在一個遙控的潛水機器人上裝備了攝像頭，來觀測位于永久冰封區(qū)的一座名為Langseth的海底山脊。當攝像頭下沉到580～1000米深的海域時，研究人員驚奇地發(fā)現，山脊上密密麻麻長滿了海綿。進一步觀測發(fā)現，這些海綿主要包含3個物種，分別是缽海綿屬的Geodia parva、Geodia hentscheli，以及星芒海綿屬的Stelletta rhaphidophora。

此次發(fā)現海綿的地點為北緯86°左右，而在此之前，最接近北極的海綿發(fā)現地點不過是北緯76°。盡管研究人員想過可能會在這里找到海綿，但沒有想到數量會如此之多。研究的共同作者，來自德國阿爾弗雷德·魏格納極地與海洋研究所的深海生態(tài)學家奧坦·珀澤（Autun Purser）感嘆道：“即使是在北極的永久浮冰之下，海綿也可以繁茂地生長。”

更令人驚奇的是，研究團隊在分析獲得的影像資料時，發(fā)現在70%的海綿照片中都出現了高數厘米、長數米的棕色痕跡。尤其在海綿較少的地方，海床上原本的沉積物和有機物殘骸較少，因此可以清晰地看到，棕色痕跡縱橫交錯地分布在海床上。研究人員發(fā)現，這些棕色痕跡其實是海綿的骨針，也就是海綿的支撐結構，有些骨針上還附著少量的海綿組織。順著這些痕跡，研究人員發(fā)現，有些骨針甚至直接與海綿的底部或側面相連。表明這些骨針可能是海綿在移動過程中留下的。

海綿移動留下的痕跡

為了行走海綿付出了巨大的代價

海綿會移動嗎

這是一項令人震驚的發(fā)現。珀澤表示：“我們沒想過會發(fā)現如此多的海綿，更沒有想過，這些海綿竟然還能夠移動。”這也是科學家首次在自然條件下觀測到海綿的移動。

對海底痕跡的三維建模

在此前的研究中，研究者曾經在實驗室條件下觀察到海綿的運動。1988年，來自北卡羅來納大學教堂山分校的生物學家卡爾霍恩·邦德（Calhoun Bond）和艾伯特·哈里斯（Albert Harris）發(fā)現，荔枝海綿屬的Tethya Actinia可以在玻璃、塑料和橡膠上移動，其速度最高為每小時160微米（相當于每天4毫米）。盡管海綿沒有肌肉，也沒有專門的運動器官，但它們可以在外界環(huán)境的刺激下，通過收縮或舒張身體往前移動。這種荔枝海綿就是如此，它們會先把長長的骨針插到基質中，然后以骨針作為支點，向前拉動自己的身體。之后，海綿將上演一出“過河拆橋”的橋段：因壓力而破碎的骨針會被海綿無情地丟棄，成為海綿身后的一道痕跡。

此次在北極發(fā)現的海綿，運動方式與荔枝海綿類似。“這些痕跡是由海綿的骨針，或者說海綿的脊椎所構成的，”珀澤表示，“這些海綿似乎是首先伸出自己的骨針，然后用骨針將自己拖拽到新地點。在這個過程中，一些骨針會破裂，從而形成了我們看到的棕色痕跡。”

利用獲得的影像資料，研究人員進行了3D建模，結果發(fā)現海綿移動留下的軌跡呈現出相互交織的“之”字形。這表明海綿不僅能夠移動，而且還會在移動過程中變換方向。或許這聽起來并沒什么了不起，但回憶一下，你在走路時會無緣無故地改變方向嗎？方向的改變表明了海綿的移動或許具有一定的目的性。“這些特征與之前報道的具有外殼的海綿（Encrusting Ssponge）的覓食和繁殖行為相吻合。”論文寫道。

這可以部分解釋為什么科學家能夠在如此寒冷的地方發(fā)現海綿。Langseth山脊緯度較高，上方終年被冰雪覆蓋，離陸地也很遠，這導致海水中的生產力較低，營養(yǎng)也十分匱乏。而海綿在覓食時，又是個典型的機會主義者：它們通過表面無數的小孔吸入附近的水流，從中獲取細菌等食物，再將利用后的海水從出水孔排出。為了從海水中獲取更多的營養(yǎng)，這些北極海綿可能不得不進行移動，哪怕要付出“血的代價”。

研究人員還發(fā)現這些痕跡的分布，往往與幼年海綿的分布有關。這說明除了覓食，海綿的移動也可能與它們的后代相關：或許是為了分散它們的后代;又或者忍痛“割肉”、留下痕跡，只是為了讓后代有能夠附著的地方。

2006年，來自意大利巴里大學的研究團隊曾報道，在地中海的兩個海灣中發(fā)現了一種會移動的缽海綿——Geodia Cydonium。但由于當時并沒有發(fā)現相應的骨針痕跡，科學家推測這種移動可能是由高速的水流引起的，并非海綿的主動移動。而此次發(fā)現海綿的地點不太可能出現高速的水流，同時坡度也比較平緩（8.5°）。最重要的是，大多數山脊上的痕跡都呈現出從下到上的走向，從而排除了因重力引起移動的可能。

白色箭頭所指為幼年海綿

但令人好奇的是，為什么偏偏只在北極發(fā)現了海綿的移動痕跡。珀澤表示：“這可能是因為在大多數海床上，沉積物形成的速度很快，因此海綿移動的痕跡很快就被遮掩了。但是在北極的永久冰封區(qū)，由于生產力較低，沉積物的形成速度也比較慢，因此這些痕跡可以長期存在于海床上。”

（本文經授權轉載自“把科學帶回家”公眾號，有刪節(jié)）