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探索地球上70.8%的海洋世界

本期作者

王嫣语

维多利亚老品牌vic33082020级本科生，海洋科学专业

 

 

近期，整个厦门被“蓝眼泪”刷屏，厦门当地筼筜湖和环岛路都出现了会发光的荧光之海！当你走在黑夜的海岸，闪烁着蓝色荧光的海浪涌来，这堪比童话的场景，却是真实存在于现实世界中的。

 

惊现厦门的蓝眼泪（来源：微博）

 

其实，这些蓝色荧光是由一些会发光的海洋生物形成的，事实上，不仅仅是在近海岸，深海中也有许许多多会发光的生物，在深夜里，它们让黑暗又寂静的海洋变得生机勃勃。

 

 

 “蓝眼泪”与Milky seas

 

很早以前，沿海的渔民们就目睹过散发着蓝色荧光的海浪，它被他们称作“海火”，而现在，更多的人称呼它为“蓝眼泪”。

除了“蓝眼泪”之外，海面发光的现象还有“乳白色海洋”现象。我们知道，英文里，银河称作The milky way，而“乳白色海洋”，在英文里被称作Milky seas，大家是不是立刻就有画面感了呢？1995年，见证过它的船只利马号曾经这样报道Milky seas,“仿佛船只航行在一片雪上，又仿佛在云中穿行”。  

 

 深海中的发光者

除了海岸的浪潮之外，在光线无法穿透的深海里，也有许许多多会发光的生物。许多甲壳类、海星、藻类、水母甚至是鱼类都有会发光的本领，小到直径只有几毫米的夜光藻，大到体长有一米以上的铠鲨。而使它们能够发光的原因多种多样，许多物种的发光机理至今仍是未解之谜。

夜光藻（来源：维基百科）

近期新西兰研究人员发现铠鲨能够发光

（来源：《海洋科学前线》周刊）

总之，不论是创造出“蓝眼泪”的生物，还是深海中会发光的生物，它们共同使得整个海洋变得更加丰富多彩。而接下来，我们将一起探索它们的发光密码。

 

 

点亮“冷光”

 

第一步：灯丝

 

大多数会发光的生物都生活在海洋里，而淡水中几乎没有会发光的生物。同时，生物们所发出的荧光是一种“冷光”，这种光中只有不到20%的光会产生热辐射和热量。简单来说，当这种生物荧光照射到我们身上时，我们不会感觉到像太阳光那样暖洋洋的。

 

如果说生物发光就像点亮一个灯泡的过程，那么它所需要的化学物质就像是这个灯泡的灯丝。那么，点亮“冷光”所需要的灯丝是什么呢？

 

发出“冷光”的雪茄达摩鲨（来源：[4]）

 

从化学的角度来说，海洋生物能够发光主要依托于两种独特的化学物质，即荧光素和荧光素酶（或是光蛋白）。有趣的是，海洋生物中能够产生荧光的不同物种们彼此发光原理各有差异，但这是否与物种的进化有关，还属于人类研究的未知范畴。尽管人们已经初步揭开了海洋生物发光的面纱，但海洋生物合成荧光素的完整合成途径仍不为人所知，因而荧光素的起源至今还未能破解。

 

荧光素/荧光素酶发光原理（来源：[11]）

 

同时，生物使自己发光的途径也各不相同。有些生物通过自己产生荧光素来发光，比如说发光生物甲藻；而有些生物本身并不能合成荧光素，但却可以通过吃掉其他的生物或者与它们共生来吸收荧光素，比如说鱿鱼，它们的光器官中的与它们共生的发光细菌能让它们发光。

 

与发光细菌共生的夏威夷短尾鱿鱼（来源：水下摄影师托德•布瑞特(Todd Bretl)拍摄的一组短尾鱿鱼）

 

 

第二步：开关

 

我们把能够让生物发光的化学物质比作是一个灯泡中的灯丝；那么促使生物最终发光的生物行为或是生态条件就相当于点亮灯泡的开关。前面我们已经介绍了点亮“冷光”的化学物质，那么能够作为开关的生物行为和生态条件又有哪些呢？

 

一般我们可以把它大致分为两种：一种是生物自发性地发光；另一种是生物受到环境的影响而发光。

 

在海洋中，生物们出于捕食、寻找配偶、防御甚至是识别同类的本能，它们会自发性地放出荧光。下面来给大家举几个有趣的小例子吧。

 

长相丑陋的鮟鱇鱼其实拥有着一个非常小巧漂亮的“小灯笼”，我们也叫它拟饵。看到这个“小灯笼”的名字，想必大家已经猜到了它的作用。带着“小灯笼”的鮟鱇鱼，常常能够引诱到一些弱小的生物们，这些生物们虽然看到了鮟鱇鱼头顶的微光，却没看到下方的凶险，于是就这样成为了鮟鱇鱼的腹中之食。

 

惨入鮟鱇鱼之口的鱿鱼（来源：[4]）

 

同时，我们常常认为乌贼们喷出的是黑色的汁液，它们能够让捕食者困在黑暗中。但是生活在深海的许多乌贼喷出的并不是黑色的汁液。例如吸血乌贼，它喷出的其实是发光的粘液，并以此迷惑捕食者，给自己争取逃脱的时间。还有海蛇尾，它们也能够发光，并且当遭遇捕食者时，它们能够分离身体的一些发光部位来分散捕食者的注意力。

 

会发光的海蛇尾（来源：[6]）

 

另外，不少生物们也利用发光来在海洋中隐蔽自己。一些生物则通过发光，让自身与环境的颜色融为一体，以此达到伪装的效果，这种行为我们可以称之为“反照明”（counterillumination），也有人称它为“发光消影”。

刀鲨能够通过发光让猎物和掠食者以为它是只小鱼

（图片来源：[7]）

 

对于鲨鱼来说，它们还能通过发光来识别同类。它们通过吸收高能阶的蓝光，经过转换后再以绿光反射出去，这种光通常人的肉眼是看不到的，必须仰赖仪器才能观察得到，但对于鲨鱼们来说，这种光只有同种鲨鱼可以彼此看见，是识别同类相当有效的“二维码”。

鲨鱼不同位置的荧光拥有不同的作用（原图来源：[12]）

 

 

当然，海洋中的生物们还有很多适应环境的发光现象。例如大多数海洋生物只能辨识蓝绿色的光，它们无法识别黄色、红色或者紫色。又例如，栉水母的保护光可以使它被半透明捕食者吞食后，让这些捕食者发出光芒，使它们暴露在更高级的捕食者中，这种保护光也被称为“牺牲标签”。

 

发出虹光的栉水母（来源：百度百科）

 

总结来说，上述的生物自发性的发光行为，可以用下面这张图简略地概括。

 

原图片来源：[8]

 

除了生物自发性地发光，一些生物在受到刺激后，也会发出荧光。

比如说盐度的下降，可以迫使一些能够发光的藻类发光。当它们发光时，在黑暗的海洋里就像是粉红色或者是绿色的光点，这种发光现象我们也叫做火花型发光。

另外一种我们称为闪光型发光，是由水母等一些大型动物受到刺激后发光的现象。

 

维多利亚多管发光水母（来源：[9]）

 

而我们最开始提到的Milky seas, 是一种海洋会发出连续的光的现象，我们也叫它弥漫型发光。科学家们认为，这很可能是由于海洋表面的发光细菌造成的。当然，这种现象形成的条件非常苛刻，必须有数百万的细菌存在的同时，其他条件也要非常适宜。同时，Milky seas还能够被卫星观测到，这张照片中的蓝发光斑有将近300km长，覆盖面积有夏威夷群岛那么大！

 

卫星照片中的Milky seas（来源：[10]）

 

 

 近在咫尺的发光海洋

 

从我们人类角度来说，会发光的海洋生物给我们带来最直观的影响当然是视觉上的盛宴。海火的梦幻景象仿佛童话亲临人间，每当它们出现，就会迅速登上新闻，吸引人们的视线——星辰坠海，不再是文字，而是实实在在的浪漫。而离我们时间和空间上距离最近的一次，就是近期出现在厦门的筼筜湖和音乐广场的“蓝眼泪”。

厦门网友镜头下的“蓝眼泪”（图片来源：维基百科）

　　

但另一方面，想要产生“蓝眼泪”的条件可能是非常苛刻的，同Milky seas类似，它需要发光生物的浓度相当高，并伴随一些例如海水翻涌等条件，而这同时也给我们带来了生态环境上的隐患。一些说法认为，“蓝眼泪”的出现很可能意味着海水中一些营养因子含量上升，使得发光生物的数量大量上升，换句话来说，这可能是赤潮发生的先兆。

 

而对于学术研究来说，发光的海洋生物们也指引着科学家们在研究生物发光领域中不断摸索前进，正如《了不起的盖茨比》中盖茨比所信奉的那盏绿灯般不停地闪烁着，牵引着科学家们逆水行舟，行至魂萦梦绕之所。科学家们在研究发光水母时，他们奇迹般地发现了另一种物质，而它就是学术界今天所熟知的绿色荧光蛋白（GFP）。

 

绿色荧光蛋白（来源：百度百科）

 

或许你还记得，生物课本中那只会发光的绿色荧光小鼠就是绿色荧光蛋白基因导入的产物。绿色荧光蛋白在学术界中的应用是如此之广，以至于2008年的诺贝尔化学奖评奖委员会成员在评价它时，他们亲切地称它“照亮了生物学研究的未来”。

 

你相信吗？北欧神话中有一个古老的传说，它说人的一生只要看到一道绿光，那么他许下的愿望都会实现。很多人会想，那一定是极光。但我想，相对于天空，海洋中生物发出的微光，又何尝不是我们人生中所期待的那道绿光呢？

 

 

 

参考文献

[1]https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/bioluminescence/

[2]http://blog.sciencenet.cn/blog-3500-620374.html

[3]http://www.ngchina.com.cn/animals/facts/10045.html

[4]https://post.smzdm.com/p/ag87r6x3/

[5]https://www.bbcearth.com/blog/?article=the-mystery-of-the-milky-sea

[6]https://m.sohu.com/a/150202679_473428/?pvid=000115_3w_a

[7]https://edu.glogster.com/glog/2016-lyndon-m-la-7-cookie-cutter-shark/2jvg4tp6s9t?=glogpedia-source

[8]www.annualreviews.org

[9]http://coldwater.science/project

[10]https://seahistory.org/sea-history-for-kids/milky-seas/

[11]https://m.sohu.com/a/333336548_120229188/?pvid=000115_3w_a

[12]：https://sharkdevocean.wordpress.com/2017/05/04/meet-the-deep-sea-shark-that-uses-lightsabers-for-protection/

 

 

 

撰文：王嫣语

科学指导：林昕、罗昊、马小丫、张树峰

责编：70.8海洋媒体实验室 甘少敏

 

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