深海獅子魚－神秘的超深淵居民
文章來源： | 發布時間：2017-07-03 | 【打印】 【關閉】
在海洋學上，透光層以下的區域常被定義為深海，深度一般在200米以下。此外，按照深度不同進一步將其劃分為：中層帶、深層帶、深淵帶與超深淵帶。隨著深度的增加，海洋物理環境也發生著急劇變化。在大約1,000米處除了生物光以外，其它光線都基本消失；海平面氣壓為1atm，向下以1atm/10m的速度增加；深海溫度變化約在4 ℃至 -1 ℃間，可以說深海基本處于等溫狀態，并且沒有季節變化；鹽度也幾乎保持恒定，在2,000米以下為35‰；此外，維持深海生物需求的氧氣主要依靠南北極地表層寒冷、富含氧氣的海水降流。
惡劣的生存環境，對深海生物來說是一個極大的挑戰。特別是對超深淵魚類（6,000米以下），除了應對惡劣物理環境外，最重要的就是食物的來源，研究表明深海生物的食物來源主要是依靠上層生物有機體的沉降（圖1）。長久以來，在如此惡劣的環境中，人們往往認為生物分布稀少，此前，我們根據國內外相關資料以及Fishbase等數據統計表明生活在海洋3,000米及以下的魚類共計18目56科141屬約302種。而在這些類群中，尤其以深海獅子魚分布深度最深，垂直分布深度跨度最大。
圖1.深海生物食物來源（David J. Randall et al. 1997）
深海獅子魚（圖2），隸屬鱸形總目鲉形目杜父魚亞目獅子魚科，體延長，前部亞圓筒形，后部漸側扁狹小。頭寬大平扁。吻寬鈍。口端位，上頜稍突出。眼小，上側位。鰓孔中大。體無鱗，皮松軟，光滑或具顆粒狀小棘。背鰭延長，連續或具一缺刻，鰭棘細弱，與鰭條相似；臀鰭延長；尾鰭平截或圓形，常與背鰭和臀鰭相連；胸鰭基寬大，向前伸達喉部；腹鰭胸位，在淺海類群中具有腹鰭愈合特化形成的吸盤，而在多數深海種類，如副獅子魚屬等，它們的吸盤退化，形成了絲狀腹鰭，這一現象被看成是對深海軟泥底質的適應性進化。此外，深海獅子魚主要分布于北太平洋、北大西洋及北極海，少數見于南極海。
圖2.超深淵獅子魚（Paul H. Yancey et al. 2014）
近些年，隨著國內外深海探測技術發展，不斷有新物種相繼被發現。2008年，英國阿伯丁大學研究團隊在日本海溝7,700米處發現一新的獅子魚；此后該團隊還在克馬德克海溝7,000米以下拍攝到一組克馬德克隆背獅子魚攝食圖片（圖3）。從拍攝的圖片中可以看出，盡管深海環境十分惡劣，這些獅子魚卻展現出游刃有余的適應能力。
圖3. 克馬德克隆背獅子魚攝食（Linley T D, et al. 2016）
此外，最近，中國科考團隊在馬里亞納海溝約7,400米處也誘捕到若干尾深海獅子魚（圖4）。通過解剖，還在這些獅子魚胃含物中發現大量形態較為完整的甲殼類生物（圖5），這也表明超深淵區域并非如人們想象中生物資源匱乏。
圖4.馬里亞納海溝獅子魚冰凍標本（He et al. 2016）
圖5.馬里亞納海溝獅子魚胃含物中的甲殼類（He et al. 2016）
由于，在眾多的超深淵海溝相繼發現獅子魚的蹤跡，目前，深海獅子魚被認為是地球上棲息最深的脊椎動物。然而，面對深海海底如此惡劣環境，特別是幾百甚至上千倍的大氣壓，獅子魚卻能輕松應對。形態學研究表明，獅子魚為適應這種高壓環境，其身體的生理機能已經發生了很大變化。這些變化主要反映在肌肉和骨骼上。由于深海環境的巨大水壓作用，其骨骼變得非常薄；而且容易彎曲；肌肉組織變得特別柔韌，纖維組織變得出奇的細密。更有趣的是，皮膚組織變得僅僅為一層非常薄的層膜，它能使魚體內的生理組織充滿水分，保持體內外壓力的平衡。這就是深海魚類為什么在如此巨大的壓力條件下，也不會被壓扁的原因。此外，關于海洋生物對壓力適應性的最早研究始于20世紀70年代末，當時科學家發現，深海動物能承受巨大壓力的關鍵在于它們體內擁有一種稱為乳酸脫氫酶（LDH）的物質——淺水魚的LDH只能適應小于500米深度的較低壓力；相比之下，深海魚的LDH則能適應更深處海水的巨大壓力。與此同時，一種有助于深海生物適應壓力的小分子piezolytes被發現，這種小分子可有效防止海水壓力對蛋白質的扭曲影響。此外，一種被稱為氧化三甲胺（TMAO）的分子對承受高壓影響的蛋白質可起到穩定作用。英國科學家此前在深海獅子魚中檢測到高水平的TMAO含量并推測深海魚類分布的極限深度為8,200米。
然而，生物對環境的適應是一種復雜的機制，同樣，深海獅子魚對環境的適應可能也取決于多種因素的組合。從另一層面來說，形態特征的適應性變化常是分子機制層面適應性進化的結果。所以，在當今基因組學時代，對深海獅子魚適應性進化的分子機制研究也亟待開展。對于生活在深海里的生物來說，既然無法躲避、逃脫這些變化，它們就必須學會去應對和適應這些變化。這些研究將讓我們更多地了解深海生物是如何應對如此極端的生存環境挑戰。
供稿人：何舜平（中國科學院水生生物研究所）
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