深海世界生活著一些最神奇的生物,就連蝸牛在這里都變得與眾不同。在印度洋深處的海底熱液口附近,生活著一種長著“鐵盔甲”的蝸牛——作為海洋中生活的腹足類動物,稱它們?yōu)?ldquo;海螺”其實更為恰當。
這種螺的名字叫鱗角腹足蝸牛,它們的螺殼由鐵的硫化物組成,腹足上覆蓋著鐵質鱗片,看起來金屬感十足,堪稱深海版的“鋼鐵俠”。沒錯,鱗角腹足蝸牛長出了一副鐵盔甲,這在動物世界中是獨一份。
這種令人驚奇的天賦其實要歸功于鱗角腹足蝸牛體內的共生細菌。地球上還沒有其他動物能以這種方式利用鐵元素。而且,由于這種蝸牛的鐵化合物具有磁性,有人甚至開玩笑地把它們稱為“海底的萬磁王”。此外,從比例上看,鱗角腹足蝸牛的心臟體積比許多其他動物都大得多,大約占身體總體積的4%(相比之下,人類的心臟體積只占身體的1.3%)。
奇特的鐵甲
非同尋常的海底熱液口環(huán)境造就了這種非同尋常的生物。在2400米到2800米的海底,熱液口附近的海水流入地殼縫隙,被滾燙的巖漿加熱,溫度能達到400攝氏度以上,許多有毒物質也隨之傾瀉而出。
2001年,科學家在印度洋的Kairei熱液口區(qū)首次發(fā)現了鱗角腹足蝸牛。即使是在熱液口生物群落中,它們也是非常令人驚奇的發(fā)現,從來沒有一種腹足類動物像它們一樣長出數以百計的鱗片!
可以說,鱗角腹足蝸牛的身體皆被鐵化合物覆蓋,主要是二硫化亞鐵(黃鐵礦的主要成分)和四硫化三鐵(Fe3S4),后者具有磁性,因此鱗角腹足蝸牛會被磁鐵吸住。鱗角腹足蝸牛的螺殼并不像板甲那么堅硬,而更像是鎖子甲——柔軟卻又強韌。
它們的螺殼可以分為三層:最外面是一層“鍍鐵”的物質,厚度約30微米,由鐵的硫化物組成;最內側由鈣化的碳酸鹽礦物霰石組成,厚度約250微米;而中間是柔軟的有機層——相當于其他腹足類的外殼膜,厚度約150微米。鐵質可以提供力量,而有機層能吸收掠食者——比如一只揮舞螯肢的螃蟹——攻擊時的力道。此外,有機層還具有散熱的功能。目前,有研究者正在嘗試借鑒鱗角腹足蝸牛的螺殼結構,研究在民用和軍事領域的應用。
鱗角腹足蝸牛的螺殼具有3個螺旋,整體呈壓縮的球形。螺殼上具有肋紋和精細的生長線。相比Peltospiridae科的其他物種,鱗角腹足蝸牛的體型要大得多。大部分Peltospiridae科蝸牛的殼長在15毫米以下,而鱗角腹足蝸牛的螺殼寬度通常在9.8~40.02毫米之間,最大的可達45.5毫米,成體的平均寬度為32毫米。
相比外部的螺殼,鱗角腹足蝸牛腹足上的鱗片似乎有著更合理的用途。一些掠食性海螺(比如芋螺)能伸出魚叉狀的齒舌捕食小魚,然后注入毒液使其麻痹。生物學家推測,鱗角腹足蝸牛的鐵質鱗片可能具有抵擋這種攻擊的作用,就像騎士的盔甲可以使標槍轉向。鱗角腹足蝸牛的鱗片主要由蛋白質組成(貝殼硬蛋白是一個復雜的蛋白質),以覆瓦狀排列;相比之下,多板類(包括各種石鱉)的鱗片主要是鈣質。
不過,在鱗片之間的連接處,我們找不到明顯的貝殼硬蛋白生長線。無論是現生,還是已滅絕的腹足類物種,再沒有第二種具有這樣生長在皮膚上的鱗片;已知的現生動物中,也再沒有其他物種能像它們這樣利用鐵的硫化物,無論是骨骼還是外骨骼。
鱗角腹足蝸牛的鱗片外表面具有相當多樣的附著生物,主要為兩類細菌:ε-變形菌和δ-變形菌。這些細菌可能為蝸牛提供了礦物質。有學者認為,鱗角腹足蝸牛會分泌一些有機化合物,促進這些細菌的附著和生長。
科學家推測,腹足上的鱗片可能具有保護或解毒的功能,比如保護鱗角腹足蝸牛免受熱液口液體的傷害,使它們體內的細菌可以安全地進行化學合成作用;又或者,這些鱗片本身可能就是共生細菌代謝時產生的有毒硫化物沉積的結果。不過,鱗片的真正功能是什么,我們還需要更多的研究。
體內的細菌工廠
1977年,科學家在加拉帕戈斯裂谷首次發(fā)現了海底熱液口。加拉帕戈斯群島的奇特生物為查爾斯達爾文的自然選擇理論提供了靈感,而群島海底的熱液口又展示了新的生命可能。這些熱液口的能量來自地質活動,噴出的液體通常具有很高的酸性,并含有多種金屬和硫化氫。硫化氫就是臭雞蛋氣味令人惡心的原因,對生物體具有毒性。
不過,也有一些細菌可以通過化學合成的過程利用硫化氫獲取能量。在漫長的演化過程中,許多神奇的動物已經和這些細菌形成了互利共生的關系,從而適應了熱液口的嚴酷環(huán)境。在總體上寒冷、食物匱乏、生物量極低的深海環(huán)境中,深海熱液口就像“生命綠洲”,周圍聚集了大量無脊椎動物。
鱗角腹足蝸牛相當于一個化能合成共生作用的功能體,它們體內的內共生細菌主要分布食管腺體(esophageal gland)中,而這個器官的體積甚至比其他蝸牛體內的腺體大1000倍。這些共生菌為鱗角腹足蝸牛提供了能量,很可能是某種糖類(這種細菌也還沒有在實驗室里培養(yǎng)出來,因此我們只能猜測)。
食管腺體就像蝸牛體內的食品工廠,使它們甚至不用去覓食——鱗角腹足蝸牛的消化系統(tǒng)已經退化,不到典型腹足類消化系統(tǒng)體積的10%。這或許就是鱗角腹足蝸牛能長到4.5厘米大小的原因,而那些關系很近,卻沒有共生菌的蝸牛只能長到1.5厘米甚至更小。與此同時,鱗角腹足蝸牛為這些細菌提供了一個安全、舒適的生存環(huán)境。
奇怪的是,在類似的生活環(huán)境中,卻出現了3種顏色各不相同的鱗角腹足蝸牛。2001年,生物學家在三個地點發(fā)現了鱗角腹足蝸牛,其中兩個地點的個體呈深色,第三個地點的個體呈白色。根據遺傳學分析的結果,這些蝸牛都屬于同一個物種。
出現這種情況的原因是什么?答案在于與鱗角腹足蝸牛共生的細菌——黑色變種的蝸牛體內具有一些白色變種所沒有的細菌。鱗角腹足蝸牛的體表和體內生活著一些有益的細菌,能幫助它們生成鐵的硫化物。來自海底熱液口硫化物具有很高的毒性,但如果與礦物質結合并形成固體形式,毒性就會消失。
在這些化合物毒性減弱的過程中,細菌可能扮演著重要的角色。因此,鱗角腹足蝸牛不僅鍍了一層鐵盔甲,而且這層鐵盔甲還是有毒的。不過,這只是科學家的推測,他們還沒有在實驗室里培養(yǎng)出這種細菌。也有研究者認為,鱗角腹足蝸牛完全是靠自己生成了鐵的硫化物,如果確實如此,那將是前所未有的發(fā)現。
有研究者提出,在食管腺體中蓄養(yǎng)內共生細菌的策略,可能促使鱗角腹足蝸牛在解剖學結構上發(fā)生一系列新的改變,從而更加有利于細菌的生長,蝸牛本身的需求反而還在其次。
食管腺體的增大、保護性的腹足鱗片、體積較大的呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng),以及較高的繁殖能力,都是有利于內共生微生物的適應特征。在極端的化能合成環(huán)境中,這些適應特征滿足了鱗角腹足蝸牛的能量需求。
隱秘的海底生活
2001年,科學家在中印度洋脊的Kairei熱液口區(qū)首次發(fā)現了鱗角腹足蝸牛,隨后又在Solitaire區(qū)(位于中印度洋脊)和Longqi區(qū)(位于西南印度洋脊)發(fā)現了它們。其中,Longqi熱液口區(qū)被指定為模式標本產地,所有的模式標本材料都來自于該區(qū)域。雖然三個地點之間的距離很大,但鱗角腹足蝸牛的總分布面積其實很小,不到0.02平方公里。
盡管早在十多年前科學家就發(fā)現了鱗角腹足蝸牛,但直到2015年,研究者才正式發(fā)表了對該物種的生物學描述,并確定其學名為Chrysomallon squamiferum。其中屬名“Chrysomallon”來源于古希臘語,意思是“金色毛發(fā)”,因為它們螺殼中的二硫化亞鐵呈現金色;種名“squamiferum”來源于拉丁語,意思是“長有鱗片的”。
鱗角腹足蝸牛的頭部長有兩根光滑的、逐漸變細的觸角。它們沒有眼睛,也沒有特化的交接器。它們的腹足呈紅色,體積較大,無法完全縮回螺殼。此外,它們也不像其他蝸牛和蛞蝓一樣具有上足腺(Suprapedal gland),也沒有上足觸手。
在Pelospiridae科中,鱗角腹足蝸牛是目前已知唯一的“同時雌雄同體”物種,這意味著它們同時具有雄性和雌性生殖器官(有些蝸牛屬于“階段性雌雄同體”)。它們具有很高的繁殖力,所產的卵很可能是依靠卵黃提供營養(yǎng)。
科學家還不清楚鱗角腹足蝸牛幼體和胎殼的形態(tài)(目前采集到最小的未成熟個體已經具有2.2毫米的殼長),但推測可能存在一個浮游擴散的階段。鱗角腹足蝸牛在人工環(huán)境下很難成活,即便如此,它們還是曾在大氣壓下的水族缸中存活了超過3個星期。
在食物匱乏的深海熱液口環(huán)境中,鱗角腹足蝸牛演化出了一種出色的生活策略。海洋上層的有機物質只有極少一部分能落到海底,為了生存,包括鱗角腹足蝸牛在內的許多生物演化出了利用化學能源的能力,在深海熱液口附近形成了生命奇觀。西南印度洋脊的深海熱液口正緩慢擴展,而熱液口周圍的生物群落對環(huán)境擾動十分敏感,并且恢復速率很慢。深海采礦或許會對鱗角腹足蝸牛等熱液口生物帶來潛在的威脅。
你或許會問,為什么鱗角腹足蝸牛不遷移到更加宜居的環(huán)境?事實上,如果能適應這樣的環(huán)境,生活其實還不錯。舉例來說,熱帶珊瑚礁區(qū)域堪稱“海洋中的熱帶雨林”,生活著難以計數的物種,但同時也意味著激烈的生存競爭。而在深海環(huán)境,特別是熱液口附近,還有一些生態(tài)位等待著新生物的到來。
免責聲明:本網站內容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿,凡在本網站出現的信息,均僅供參考。本網站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性,但不保證有關資料的準確性及可靠性,讀者在使用前請進一步核實,并對任何自主決定的行為負責。本網站對有關資料所引致的錯誤、不確或遺漏,概不負任何法律責任。任何單位或個人認為本網站中的網頁或鏈接內容可能涉嫌侵犯其知識產權或存在不實內容時,應及時向本網站提出書面權利通知或不實情況說明,并提供身份證明、權屬證明及詳細侵權或不實情況證明。本網站在收到上述法律文件后,將會依法盡快聯系相關文章源頭核實,溝通刪除相關內容或斷開相關鏈接。