身体柔软,却拥有世上最硬组织 | 海滩微观世界寻宝之旅

夏日的海滩总是令人心驰神往,是不是已经迫不及待地想去拥抱蓝天、碧海、沙滩、美少女(大雾)?除了这些美好风景,海边其实还隐藏着一个肉眼难以看到的秘密世界。就让我们把自己缩小成比借东西的小人阿莉埃蒂还小的迷你小人儿,踏上微观世界的奇妙之旅吧!

 

“热闹”的沙滩

远看沙滩,茫茫黄沙……似乎有点单调。别着急,让我们拿出科学家的“魔镜”——显微镜,再来好好瞧瞧,你就会发现沙滩的秘密藏宝。这个宝石库般的缤纷世界除了沙子——晶莹的石英颗粒,还有许多海洋无脊椎动物的残骸,比如树枝一样的珊瑚、各种贝壳的小碎片等等。

图片来源:RPS

接下来就让我们追溯到这些“宝藏”的源起之地——海洋,寻找那些容易被我们遗漏的“宝物”。其实不用太费劲,从海边取一滴水就是一个大千世界。

 

精巧“玻璃扣”

图片来源:labroots

借助显微镜,在海滩的宝藏中你很可能会发现这些形状丰富而规整的“水晶玻璃扣”。如果让几何学家设计珠宝大概就会是这个样子。其实这都是一个个单细胞藻类,它们用硅质(二氧化硅为主)为自己打造了一个精致保护壳(细胞壁),因此就叫做硅藻。

虽然尺寸微小(仅10-200微米),但作为最常见的浮游藻类,它们每年制造了约20%的地球氧气,吸收超过67亿吨的硅,为海洋贡献了近一半的有机物产量。

 

海洋“记号笔”

瓶状的有孔虫 | 图片来源:RPS

这个像是用精致工艺打造的玻璃花瓶可不是人造物,而是有孔虫(有孔虫目,Foraminifera)的外壳,采集于我国的热带海域。它们的大小不足1毫米,就和一粒细沙差不多大。壳上有许多小孔,“有孔虫”一名由此得来。它们的外壳形态丰富,比如瓶状(如上图)、螺旋状(如下图)、透镜状等等。

螺旋状的有孔虫 | 图片来源:Wikipedia

虽然有的长得像“花瓶”,可它们绝不仅仅是“花瓶”。从寒武纪至今,有孔虫几乎遍布海洋,因此也成为了地质学家的好帮手。在我国的内陆地区,如北京、山西、湖北,甚至是四川、新疆一带都发现过有孔虫,这就说明这些地方曾经都是汪洋的领地。细心的科学家们还发现,当海水的温度较低时,有孔虫的壳偏小,孔会变少,因此也被作为远古时代气候的指示生物。

幽蓝“海精灵”

图片来源:Wikipedia

黑夜渐渐降临,海边突然出现了这样的梦幻景象,它还有一个诗意的名字叫作“蓝眼泪”。陶醉之余有没有想过它究竟是什么?是蓝色小精灵们吗?

 

让我们用显微镜揭开谜底吧!下图这些宛如水中月的浮游生物就是蓝色荧光海的主要制造者之一——夜光藻(Noctiluca scintillans)。当它们受到扰动时就会通过荧光素酶制造荧光以起到威慑捕食者的效果。

夜光藻 | 图片来源:Wikipedia

夜光藻属于双鞭毛虫门(Dinoflagellata),这个门类下的物种常常拖着两条“辫子”(长鞭毛)。

图片来源:American Museum of Natural History

双鞭毛虫简直就是挑战分类学家的存在。因为它们既有通过从外界摄取营养的异养型,也有能够光合作用的自养型,还有许多物种是混合营养(兼具自养、异养)。虽然拥有典型的真核生物细胞器(高尔基体等)但是染色体却并未像绝大多数真核生物那样结合组蛋白,而是首尾相连形成环状,表现出了原核生物的特征,因此被称为介核生物(mesokaryto)。

 

海滩漫步就差不多到这里啦,是时候回到度假酒店享用一份海鲜大餐。来看看都有哪些好菜。

 

帽贝的牙

图片来源:Wikipedia

这是一种名叫帽贝的软体动物,好不好吃不知道,但“超能吃”是真的。打开它们的壳,在它们柔弱的身躯里其实暗藏利器。下图所示就是显微镜下帽贝的牙齿,这样细小的牙齿可是迄今发现的世界上最强韧的生物材料。其硬度与钢铁相当,且抗拉强度比蛛丝还强。原来,帽贝的牙齿主要由针铁矿纳米纤维构成(约占80%),通过矿化作用(biomineralization)形成,可以说是真“铁齿铜牙”。

图片来源:RPS

为什么需要这么硬的牙齿呢?因为它们最爱的藻类就附着于岩石表面,这样的利齿可以就像剃刀一样将藻类刮下。经常这么刮,再利的刀片也会钝,别担心,帽贝最不缺的就是牙。帽贝的齿舌上有超过100排牙齿,就像传送带一样不断更替,但只有最外面的前十排用于进食,损坏的牙齿也会在1-2天内被更新替换。

 

藤壶的嘴

你也许听说过世界上最贵的食材之一——鹅颈藤壶。

鹅颈藤壶 | 图片来源:Wikipedia

虽然咱们没有那么奢侈,一些普通藤壶也是可以食用的。它们常常附着于岩石或船体下,令船员们十分头疼。你平常看到的它们往往都缩在壳内,就像岩石上长出的疙瘩。一旦涨潮,它们就会伸出自己密集的蔓足,以滤过的浮游生物为食。

水中滤食的藤壶 | 图片来源:Wikipedia

下面这张图片就是显微镜下藤壶的蔓足和口器,是不是觉得像龙虾的头?

藤壶的口器 | 图片来源:Igor Siwanowicz

实际上,外表像贝类的它们并不是软体动物而是跟虾蟹更接近的甲壳类。它们的6对蔓足除了滤食还有交换气体的作用,可以说是藤壶的命脉了。

海参的骨

图片来源:Wikipedia

最后上的是大家比较熟悉的海参(终于有点正常的东西啦)。属于棘皮动物门的它们,表面突起的肉刺看起来有些虚张声势。但它们还真有点“硬骨头”。取下一点海参的皮肤,用次氯酸钠将软组织腐蚀掉,再放到显微镜下,你就可能看到下图的景象。

海参的骨片 | 图片来源:RPS

这些像散落的船锚和盾牌一样的结构其实是海参的骨片。不同种类的海参骨片也各不相同,因此被作为海参分类的重要依据。

 

我们平常吃到的海参是它们的体壁,内脏除了被人工处理掉也可能被它们主动“抛弃”。当被捕食者盯上时,它们就会“吓到五脏俱弃”,其实这是海参的一种生存策略——将内脏喷出迷惑或威慑对方,然后逃走。当周遭环境恶化,例如缺氧时,它们也会有内脏排出行为(evisceration)。之所以敢这么做是因为海参拥有强大的再生能力,经过几天到数周的修复,又会是一只完整的小海参啦。

 

什么?你不想吃了,怕咯牙?其实不管是帽贝的牙,还是海参的骨片都是小到你无法察觉的尺寸,放心吃就好啦。什么?是没钱?梦里啥都有。

 

很多东西看似微小但其实并不渺小,看似普通但亦有不寻常的细节。常常被我们忽略的它们在善于发现美的摄影师和善于观察的科学家们的镜头下却能大放异彩,甚至还有令人意想不到的本领和作用。所以,细心观察,不管是夏日海滩还是日常生活,都会有更多别样的微观风景在等着你。

 

出处:把科学带回家

作者 | 万物

编译 | Mirror

无标注图片来自网络

参考资料储存于石墨:

https://shimo.im/docs/p42eETLRowIsAv5n/

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