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女王的上百个丈夫,都住在她体内

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果壳 2021-10-16 16:14

1987年,自“阿尔文号”首次邂逅海底热液口十年后,这架战功累累的载人深潜器又有了新的发现。当“阿尔文号”在圣迭戈外海2000多米深的海底执行常规科学考察时,领航员发现了一具巨大的骨架,约有21米长

领航员当下误以为自己遇到了一具恐龙骨架,后来他反应过来,这是一具鲸骨。奇妙的是,这也不是一具单纯的骨架:形态各异的生物密密麻麻地在骨架上铺展开,仿佛盖上了一张毯子。

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在南大西洋4000多米深处沉没的鲸骨,许多小动物在上面享受免费午餐 | Yoshihiro Fujiwara et al. / Zookeys (2018)

吃鲸尸的生物

鲸类动物死亡之后,它们的尸体最终会沉入海底,或是被冲到海岸边。当鲸尸落定在浅海海底,浅海丰富的海洋生物将以最快的速度将它分食殆尽。而在上千米深的、寂静贫瘠的深海海底,分解鲸尸所耗费的时间将被拉长。每具肉体丰盈的鲸尸要等待数个月乃至数十年,才有可能变成一具了无生气的骨架。在这期间,一座小型生态系统——鲸落生态系统的演替将在鲸尸上上演。

鲸落生态系统大约需要经历四个阶段的演替。在演替的第一阶段,我们可以见到睡鲨、盲鳗和章鱼等动作相对灵活的动物。它们大口地蚕食鲸尸柔软的组织,直至鲸骨表面的有机物一点也不剩。在这个阶段里出场的动物我们大多有印象,因为我们在深海的其他地方也见过它们。它们在鲸尸落至海底的一瞬间“闻讯赶来”,争取分得属于自己的一杯羹。

骨骸上面仿佛长出了纤细的红色小草,这是什么生物?| Rouse, G.W. et al. / Zootaxa (2018)

当演替经历至第二、三阶段,这座生态系统出现了些许变化。此时鲸骨表面的有机物已经基本被消耗殆尽,剩下的东西对消费者和分解者来说似乎已经没什么吸引力了。然而,某些多毛类动物(沙蚕的亲戚)并不这么认为,它们开始在鲸骨上扩散附着,与它们体内的共生菌一道相准了鲸骨内尚未被分解的充盈油脂,准备大快朵颐一番。这些多毛类动物被称作“食骨蠕虫(Osedax)”。2002年,研究人员成功在加州蒙特雷湾采得了它们的样本。

在1820米深处的鲸骨和牛骨上取得的食骨蠕虫 | Rahel Salathé & Robert C Vrijenhoek / BMC Evolutionary Biology volume (2012)

鲸落生态系统里的关键工程师

食骨蠕虫的名字听起来瘆人,仿佛能张开血盆大口吞噬鲸的骸骨,事实上它们非但没有那么大的能力,也没有那么大的体型。食骨蠕虫的身体最长也只有数十毫米,它们栖居在鲸骨上,把自己的下半身宛若植物根系般深深扎进鲸骨内部。鲸骨被食骨蠕虫根系上的酸腐蚀,变成了疏松多孔的干酪模样。食骨蠕虫没有口,没有消化道,甚至没有眼睛——它们不需要这些东西,因为它们的秘密武器就是那些躲在它们身体组织里的共生菌。

食骨蠕虫的身体结构图| Rahel Salathé & Robert C Vrijenhoek / BMC Evolutionary Biology volume (2012)

没有口,没有消化道,甚至没有眼睛——这些描述是否让你想到了前不久提到的,呢?的确,食骨蠕虫和巨型管虫有许多相似之处:它们的结构相似,居住在管子里,有羽状鳃冠;它们的亲缘关系很接近,同属一科(Siboglinidae科),都以共生来获得营养和能量。二者最大的不同在于,食骨蠕虫没有专门存放共生菌的营养体,它们的共生菌覆盖在膨大的卵囊及其延展开的、插入鲸骨的根系中;不仅如此,食骨蠕虫的共生菌并非化能自养菌,而是异养菌——海洋螺菌(Oceanospirillales)。

食骨蠕虫根系里的海洋螺菌可以把深藏在鲸骨里的油脂、蛋白质等有机物分解消化掉,同时还原水中的硫酸盐,产生硫化氢。研究人员对这类分解油脂的厌氧菌并不陌生,因为他们曾经在自然水体里见过它们分解油脂的身影。可是直至发现食骨蠕虫,人们才第一次知道,原来这类厌氧菌里还有能和其他生物共生的成员。

食骨蠕虫的相貌并不可怕,也对人没有伤害 | Rouse, G.W., Goffredi et al. / Zootaxa (2018)

有了食骨蠕虫的共生菌产生的硫化氢和碳源,鲸落生态系统的演替才正式进入了第三阶段——化能自养阶段。硫氧化细菌利用水中溶解氧将硫化氢氧化,固定能量、合成有机物,渐渐形成了和热液口类似的、由化能自养细菌作为生产者支撑的小型生物群落。可惜的是,鲸落生态系统里的原料比不上热液口生态系统那般源源不断,因此当鲸骨内的有机物也消耗光后,后续食物链的营养和能量供应不能维持,鲸落生态系统里的生物跑的跑,死的死,最终也就只剩下干瘪无趣的骨头了。

后宫萌男上百

数不尽的食骨蠕虫扎根于鲸骨之中,那景象就像鲸骨上长满了正在开花的,只是摇曳的姿态可能略显诡异。有趣的是,绝大多数种类的玫瑰红色的食骨蠕虫,哪怕只有数毫米,也全都是雌性个体。真正的雄性个体生活在雌性体内——而且不止一条。研究人员曾经在一条雌虫体内检出了100多条雄性个体。这是一种性别相反的“眷群”(harem)表现——雌性坐拥数量可观的雄性作为后宫。

生活在雌虫体内的雄虫十分娇小,通常只有0.2-1毫米。这种两性异型且雄性体型远小于雌性的“矮雄现象”在深海尤为常见。毕竟在种群数量稀少的茫茫黑暗中若是找不到雌性,就意味着打一辈子光棍儿,基因得不到延续。

雌性的食骨蠕虫体内,藏着上百个极小的雄性 | R. C. Vrijenhoek et al. / Molecular Ecology (2008)

日历娘的小知识

并不是所有食骨蠕虫都是矮雄,已知有一种食骨蠕虫Osedax priapus,雄性格外“高大”(但还是比雌性小),而且像雌性一样扎根在骨头上生活。

尽管据研究人员推测,在鲸类动物的活动区域以及迁徙路径的海底,可能有“稳定的尸源供应”,然而鲸落现象的发生仍然存在明显的随机性。作为仅依赖富含有机物的动物骨骼为营养来源的食骨蠕虫,是没有把握在漫游海底的过程中找到配偶的。因此,已有研究认为食骨蠕虫的性别在很大程度上是由环境决定的:最先落在骨骼上的幼体发育成雌虫,而落在雌虫身上的幼体发育成雄虫,进入雌虫体内生活。这样一来不仅解决了传宗接代的问题,也解决了雄性的伙食问题。

不只是在鲸骨上

2004年一篇论文发表,介绍了食骨蠕虫一属连同其两个新种的描述与命名,之后研究人员陆续在北太平洋、北大西洋、南大洋和印度洋发现了将近30种食骨蠕虫。由于自然鲸落生态系统的分布难以预测,近二三十年来,研究人员人为地制造了多座鲸落生态系统——他们不仅把冲上岸的鲸尸绑上重物沉回海底,还把猪、牛的遗骸也沉入海底,研究以这些尸骨为食的独特生物。

令研究人员惊讶的是,这些食骨蠕虫并非仅出现在鲸骨上,它们还出现在多种脊椎动物的骨骼,甚至是大型硬骨鱼的骨头上。不仅如此,食骨蠕虫也并非只生活在数千米深的海底,即使在数十米深的海底,它们也能正常工作(尽管不同物种适合的环境存在差异)。只要条件适宜,食骨蠕虫就能存活,只是过去人类一直忽略了它们。

科学家用笼子装了鱼骨和牛骨吸引食骨蠕虫,食骨蠕虫在它们上面都安了家 | Greg W. Rouse et al. / Evolutionary biology (2011)

随着研究的深入,食骨蠕虫的神秘面纱正在逐渐被揭开,但也因此萌生了更多等待被解答的问题。商业捕鲸时代,海洋中大量鲸尸的流失是否对食骨蠕虫的延续和演化产生了不可磨灭的影响?食骨蠕虫在海洋碳循环里的作用是否比我们想象的还要大?答案的出现也许就在不远的将来。

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海底也有“红伞伞,白杆杆” | NOAA / Wikimedia Commons

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