奇葩海綿的瘋狂行走

洪藝瑞

在永久冰封的極寒之地，平靜的海面之下散發(fā)出絲絲“血腥”氣息。只見(jiàn)深深插入土壤里的骨針，“咔嚓”一聲碎裂開(kāi)來(lái)。骨針?biāo)槠撼断虏糠稚眢w組織，靜靜地落在不遠(yuǎn)處。沒(méi)有絲毫猶豫，它又邁出了下一步，用另一根骨針拉扯著自己前進(jìn)，而它身后無(wú)數(shù)的骨針?biāo)槠呀?jīng)拖出了長(zhǎng)長(zhǎng)的褐色痕跡。這不是種群間的斗爭(zhēng)，也不是為爭(zhēng)奪配偶而爭(zhēng)斗。這只是一只海綿，為了行走必須付出的代價(jià)。

在動(dòng)物世界，“行走”這件事可以說(shuō)是各具特色，精彩紛呈。我們的祖先用了數(shù)百萬(wàn)年學(xué)會(huì)直立行走;蝸牛身后拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的銀色軌跡，以每分鐘8 厘米的速度負(fù)重前行……在走路這件事情上，生物的尺寸與行走能力并不成比例。小小的細(xì)菌在1秒內(nèi)就能跑出自己身長(zhǎng)的60～100倍;而令人望之生畏的霸王龍，即使擁有12米長(zhǎng)的壯碩身材，1秒內(nèi)也只能移動(dòng)1.2米。

在為走路而各顯神通的生物中，海綿是個(gè)奇葩的存在。新生的海綿尚且可以隨著水流游動(dòng)，而成年海綿則牢牢地附著在巖石等表面上，一動(dòng)不動(dòng)。以至于直到1755年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)海綿周圍的水流會(huì)發(fā)生改變，同時(shí)海綿中央腔的直徑也會(huì)變化，他們這才恍然大悟：原來(lái)海綿是動(dòng)物，而非植物。盡管如此，科學(xué)家還從未在自然界中觀察到成年海綿的移動(dòng)。前不久，發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》上的一篇研究首次揭示：生活在北極深海的海綿不僅會(huì)行走，而且每走一步，就掉一塊肉！

令人震驚的發(fā)現(xiàn)

2016年，德國(guó)破冰船“極星號(hào)”（Polarstern）在北極執(zhí)行探索任務(wù)。科學(xué)家在一個(gè)遙控的潛水機(jī)器人上裝備了攝像頭，來(lái)觀測(cè)位于永久冰封區(qū)的一座名為L(zhǎng)angseth的海底山脊。當(dāng)攝像頭下沉到580～1000米深的海域時(shí)，研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)，山脊上密密麻麻長(zhǎng)滿了海綿。進(jìn)一步觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，這些海綿主要包含3個(gè)物種，分別是缽海綿屬的Geodia parva、Geodia hentscheli，以及星芒海綿屬的Stelletta rhaphidophora。

此次發(fā)現(xiàn)海綿的地點(diǎn)為北緯86°左右，而在此之前，最接近北極的海綿發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)不過(guò)是北緯76°。盡管研究人員想過(guò)可能會(huì)在這里找到海綿，但沒(méi)有想到數(shù)量會(huì)如此之多。研究的共同作者，來(lái)自德國(guó)阿爾弗雷德·魏格納極地與海洋研究所的深海生態(tài)學(xué)家?jiàn)W坦·珀澤（Autun Purser）感嘆道：“即使是在北極的永久浮冰之下，海綿也可以繁茂地生長(zhǎng)?！?/p>

更令人驚奇的是，研究團(tuán)隊(duì)在分析獲得的影像資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)在70%的海綿照片中都出現(xiàn)了高數(shù)厘米、長(zhǎng)數(shù)米的棕色痕跡。尤其在海綿較少的地方，海床上原本的沉積物和有機(jī)物殘骸較少，因此可以清晰地看到，棕色痕跡縱橫交錯(cuò)地分布在海床上。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些棕色痕跡其實(shí)是海綿的骨針，也就是海綿的支撐結(jié)構(gòu)，有些骨針上還附著少量的海綿組織。順著這些痕跡，研究人員發(fā)現(xiàn)，有些骨針甚至直接與海綿的底部或側(cè)面相連。表明這些骨針可能是海綿在移動(dòng)過(guò)程中留下的。

海綿移動(dòng)留下的痕跡

為了行走海綿付出了巨大的代價(jià)

海綿會(huì)移動(dòng)嗎

這是一項(xiàng)令人震驚的發(fā)現(xiàn)。珀澤表示：“我們沒(méi)想過(guò)會(huì)發(fā)現(xiàn)如此多的海綿，更沒(méi)有想過(guò)，這些海綿竟然還能夠移動(dòng)?！边@也是科學(xué)家首次在自然條件下觀測(cè)到海綿的移動(dòng)。

對(duì)海底痕跡的三維建模

在此前的研究中，研究者曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室條件下觀察到海綿的運(yùn)動(dòng)。1988年，來(lái)自北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的生物學(xué)家卡爾霍恩·邦德（Calhoun Bond）和艾伯特·哈里斯（Albert Harris）發(fā)現(xiàn)，荔枝海綿屬的Tethya Actinia可以在玻璃、塑料和橡膠上移動(dòng)，其速度最高為每小時(shí)160微米（相當(dāng)于每天4毫米）。盡管海綿沒(méi)有肌肉，也沒(méi)有專門(mén)的運(yùn)動(dòng)器官，但它們可以在外界環(huán)境的刺激下，通過(guò)收縮或舒張身體往前移動(dòng)。這種荔枝海綿就是如此，它們會(huì)先把長(zhǎng)長(zhǎng)的骨針插到基質(zhì)中，然后以骨針作為支點(diǎn)，向前拉動(dòng)自己的身體。之后，海綿將上演一出“過(guò)河拆橋”的橋段：因壓力而破碎的骨針會(huì)被海綿無(wú)情地丟棄，成為海綿身后的一道痕跡。

此次在北極發(fā)現(xiàn)的海綿，運(yùn)動(dòng)方式與荔枝海綿類似。“這些痕跡是由海綿的骨針，或者說(shuō)海綿的脊椎所構(gòu)成的，”珀澤表示，“這些海綿似乎是首先伸出自己的骨針，然后用骨針將自己拖拽到新地點(diǎn)。在這個(gè)過(guò)程中，一些骨針會(huì)破裂，從而形成了我們看到的棕色痕跡?！?/p>

利用獲得的影像資料，研究人員進(jìn)行了3D建模，結(jié)果發(fā)現(xiàn)海綿移動(dòng)留下的軌跡呈現(xiàn)出相互交織的“之”字形。這表明海綿不僅能夠移動(dòng)，而且還會(huì)在移動(dòng)過(guò)程中變換方向?；蛟S這聽(tīng)起來(lái)并沒(méi)什么了不起，但回憶一下，你在走路時(shí)會(huì)無(wú)緣無(wú)故地改變方向嗎？方向的改變表明了海綿的移動(dòng)或許具有一定的目的性。“這些特征與之前報(bào)道的具有外殼的海綿（Encrusting Ssponge）的覓食和繁殖行為相吻合?！闭撐膶?xiě)道。

這可以部分解釋為什么科學(xué)家能夠在如此寒冷的地方發(fā)現(xiàn)海綿。Langseth山脊緯度較高，上方終年被冰雪覆蓋，離陸地也很遠(yuǎn)，這導(dǎo)致海水中的生產(chǎn)力較低，營(yíng)養(yǎng)也十分匱乏。而海綿在覓食時(shí)，又是個(gè)典型的機(jī)會(huì)主義者：它們通過(guò)表面無(wú)數(shù)的小孔吸入附近的水流，從中獲取細(xì)菌等食物，再將利用后的海水從出水孔排出。為了從海水中獲取更多的營(yíng)養(yǎng)，這些北極海綿可能不得不進(jìn)行移動(dòng)，哪怕要付出“血的代價(jià)”。

研究人員還發(fā)現(xiàn)這些痕跡的分布，往往與幼年海綿的分布有關(guān)。這說(shuō)明除了覓食，海綿的移動(dòng)也可能與它們的后代相關(guān)：或許是為了分散它們的后代;又或者忍痛“割肉”、留下痕跡，只是為了讓后代有能夠附著的地方。

2006年，來(lái)自意大利巴里大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)曾報(bào)道，在地中海的兩個(gè)海灣中發(fā)現(xiàn)了一種會(huì)移動(dòng)的缽海綿——Geodia Cydonium。但由于當(dāng)時(shí)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的骨針痕跡，科學(xué)家推測(cè)這種移動(dòng)可能是由高速的水流引起的，并非海綿的主動(dòng)移動(dòng)。而此次發(fā)現(xiàn)海綿的地點(diǎn)不太可能出現(xiàn)高速的水流，同時(shí)坡度也比較平緩（8.5°）。最重要的是，大多數(shù)山脊上的痕跡都呈現(xiàn)出從下到上的走向，從而排除了因重力引起移動(dòng)的可能。

白色箭頭所指為幼年海綿

但令人好奇的是，為什么偏偏只在北極發(fā)現(xiàn)了海綿的移動(dòng)痕跡。珀澤表示：“這可能是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)海床上，沉積物形成的速度很快，因此海綿移動(dòng)的痕跡很快就被遮掩了。但是在北極的永久冰封區(qū)，由于生產(chǎn)力較低，沉積物的形成速度也比較慢，因此這些痕跡可以長(zhǎng)期存在于海床上?！?/p>

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學(xué)帶回家”公眾號(hào)，有刪節(jié)）