当我真正看见章鱼跑路的时候，才发现这个东西还是跑步的“天才” | 李新正
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2024-10-06 17:24
北京
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今天非常高兴能跟大家一起分享奇妙的海洋生物知识，让我们一起来走进神奇的海洋生物世界。我是中国科学院海洋研究所的李新正。虽然海洋大约占到了地球表面积的71%，但是它对于人类来讲依然是非常神秘的一个存在。为什么呢？因为人类生活在陆地上。虽然海洋的面积要远远大于陆地，但人类对海洋的考察、探险和研究远远落后于陆地。其中最关键的是下海非常难，每加深10米，海水的压力就会增加一个大气压。比如说在3000米水深的地方，水压大约是300个大气压。如果人直接下去的话，马上就会被压成相片了。而且海洋里面还有很多危险的暗流、潜流和非常复杂的地貌，以及一些有毒或者凶猛的动物，这都会阻止人类去海洋中考察探险。但是海洋对于人类来讲，又是一个非常巨大的资源库，无论生物资源、物理资源还是化学资源都是非常丰富的。所以我们还是要考察海洋。我最早是研究浅海生物的，浅海生物长得非常漂亮，也都非常可爱。上世纪九十年代我第一次看到深海动物的时候，就发现深海动物和浅海动物无论是形态上、体色上还是身体的构造上都有很大的区别。
在浅海，我可以背氧气瓶下潜考察，去到珊瑚礁、红树林、潮下带等地方观察、采集海洋生物，研究海洋生物生活的环境。但是，深海是非常难到达的。我当时就有一个梦想，就是将来有一天，我一定要亲自到深海去看看，去看看深海动物为什么长得跟浅海动物不一样。2013年，我非常荣幸地被选拔进了“蛟龙”号试验性应用首航次的科学家团队，乘“蛟龙”下潜到深海去，成为咱们国家第一批下潜到超过3500米级深海的人。在2014年的时候，我又跟随“科学”号进行出海考察。“科学”号是中国科学院一条非常先进的科学考察船，它首航前往了冲绳海槽，用的是一个名为“发现”号的非常先进的无人有缆深潜器(ROV)。“发现”号本领非常强大，对于考察深海来讲是一个非常有效率的工具。在2018年的时候，我又跟随“探索一号”考察船，乘坐“深海勇士”号深潜器下潜。这是我国第二艘服役的载人深潜器。这些载人深潜器的下海也标志着我国对深海科学考察，无论是生物的、地球化学的、物理海洋的、地质等等的考察都进入了一个新的阶段，拉开了中国人考察深海的序幕。有了这些考察的经验和经历，我来跟大家分享一下这些深海生物和浅海生物的知识，看看它们到底各自有什么特点。下面左边这张图是陆地上一个非常普通、非常常见的丘陵地带地貌图。大家看到满眼的都是植物。因为陆地上的植物是陆地生态系统的初级生产力的承担者。初级生产力就是植物通过光合作用把太阳光的能量固定住，继而供给整个生态系统，通过食物链传递下去。由初级生产力到次级生产力，由光合作用的生物到吃这些光合作用植物的小动物，然后又到更大的动物，这样一直传递到最顶级的肉食性动物。右图是一个海洋生态系统景观，即最常见的珊瑚礁生态系统。如果大家有机会在珊瑚礁潜水下去，看到的将满眼都是动物，比如说这张图里面就有珊瑚、海绵、鱼类等动物。那么海洋里面的初级生产力在哪里，是由谁来承担的呢？是由光合细菌和单细胞的微藻，而这些是人用肉眼看不见的。它们的数量是惊人的，你没法想象它有多少。这些微小的生物只能借助于高倍的显微镜甚至电子显微镜才能看到它们的样子。为了让大家有更多的感性认识，今天我要讲的主要是海洋中能够用肉眼看到的动物。和陆地不同，海洋里的动物门类要远远多于植物。从高级分类阶元上讲，海洋是主要的动物栖息地。目前已知的动物界33个门当中，有15门仅仅生活在海洋中，有17门主要生活在海洋中，只有1门未在海洋中发现而仅生活在陆地上。所以，地球上主要的动物类群生活在海洋中。从这个意义上来讲，海洋生物比陆地生物更加丰富多彩。现在咱们来看看浅海都有哪些生物。这是一个非常典型的珊瑚礁生态系统，可以看到有很多动物在活动。
为了便于大家理解，下面我将按照下图这样的动物分类系统，从低等到高等、从简单到复杂的类群来讲。在这个图当中，左下角的是原生动物，其他的动物都叫后生动物。原生动物都是单细胞的动物，而后生动物都是多细胞的动物。原生动物之后出现的是海绵动物。海绵动物应该是最简单、最原始的多细胞动物类群之一。那我就从原生动物开始讲起，一直讲到哺乳动物。原生动物是单细胞的动物，但中国科学院海洋研究所专门从事原生动物研究的郑守仪院士把它们称为“大海中的小巨人”。“小”是因为它每个个体的体积非常小，需要用显微镜才能看到；而“巨人”是因为它的生物量和个体数量巨大，在大海当中有非常多的个体。这是海绵动物。大家可能看过一个动画片叫《海绵宝宝》，左下角黄色的海绵就是海绵宝宝的原形。这是软珊瑚。它们都是比海绵稍微复杂一点儿、高等一点儿的动物，属于刺胞动物或者叫腔肠动物。这是石珊瑚，可以造礁。在热带有很多珊瑚礁是由石珊瑚造成的。珊瑚礁冒出海面会形成珊瑚岛。▲水螅（王炳先生供图）
▲纽虫（王炳先生供图）
这是纽虫。这两张照片都是在深圳海域里的珊瑚礁上拍到的。▲旋鳃虫（王炳先生供图）
这也是在深圳的海域里面拍到的，叫旋鳃虫，是一种多毛类的环节动物。多毛类环节动物是陆地上蚯蚓（寡毛类）在海洋当中的近亲。这个旋鳃虫就是一种多毛类动物，类似于沙蚕。这是海百合，属于棘皮动物，是更高等的无脊椎动物。海百合虽然听上去像植物，但实际上它是动物。这是各种各样的海胆。有时候海胆在失去了控制它的天敌之后会大量繁殖，把藻类吃掉，整个生态系统就会因为失去初级生产力的供应而遭到破坏。左上角这个照片是黑海胆。在它们大量繁殖时，其他动物基本上都被它们吃掉或赶走了，所以整个生态系统的生物多样性会降低。这是芋螺，是一种软体动物，属于贝类螺类。大家在海边看到芋螺时要小心，因为很多芋螺是有毒的。做了这么多年海洋生物研究，我感觉海洋生物里面颜值最高的就是刚才讲到的多毛类的环节动物。图上是一些沙蚕或者旋鳃虫等多毛类环节动物。这是属于软体动物的扇贝。大家可能都吃过扇贝，这是一种非常好吃的海鲜。大家有没有注意到，扇贝是有眼睛的？扇贝两片壳里面的膜叫外套膜，外套膜上长着一排小眼睛，这个蓝色的小点就是扇贝的眼睛。▲华贵栉孔扇贝（王炳先生供图）
这是在深圳海域的珊瑚礁里拍到的一个扇贝，有两排非常明显的眼睛。这种眼睛只能感光而不能成像。也就是它看不清外面的事物，但能感觉光线的明暗变化。这是章鱼，和扇贝一样属于软体动物门。它有八条腕，所以又叫八爪鱼。章鱼有很多非常特别的地方，比如它的眼睛。虽然它在动物系统演化上是一种中等发达程度的无脊椎动物，但是它的眼睛跟高等动物如哺乳动物的眼睛结构是非常非常相似的。另外章鱼也有很多非常特别的本领，比如说它的拟态。它能在珊瑚礁上模拟成一块石头或者一株藻类，让自己不会被猎物或天敌发现，从而进行捕食或躲避天敌。另外它还有一个本领——有些种类的章鱼会跑。怎么跑？就像人类的百米赛跑一样。可能有同学会说，它有八条腿肯定跑不快。其实它跑得很快，因为它也是用两条腿跑。它把其他的六条腕都抱在两边，然后用其中的两条腕来跑，是不是很好玩？海螺是软体动物门的一大类，叫单壳类。它的壳是螺旋式的，所以叫螺。但是有一类海螺，因为嫌自己背的壳太重了，影响它们捕食运动，就干脆“一气之下”把壳退化掉了，整个身体在它的成体阶段就会裸露在外面，这样它行动起来就比较方便。这一类的动物也叫裸鳃类，种类很多，而且颜值也很高，非常漂亮。好多动物都长得像植物。比如说上图左上角的苔藓虫，红色的海鞘，右下角的海百合，实际上都不是植物，而是动物。海洋里面还有好多奇怪的现象，比如海星。海星通常有五个腕，也有像上图中四个腕的。还有有十几个腕甚至有二十多个腕的。比如上图的右边是鬼海星，学名叫多棘海星或长棘海星。这个海星至少有20个腕，最多的时候有28个腕。它在大自然中还有一个角色——珊瑚的天敌。它特别喜欢吃珊瑚，所以每隔几年，它就会在珊瑚礁上大发生，把珊瑚礁上包括珊瑚在内的很多礁栖动物或植物吃掉。所以一旦发生了多棘海星灾害，珊瑚就会发生白化，即肉都被吃掉，仅剩下白色的钙质骨骼。这么厉害的一种动物有没有天敌呢？有的。上图左侧就是多棘海星在珊瑚礁上大发生的时候。大家可以看到这片海域只剩下它们了，其他的动物都被它们吃掉了。所以像大堡礁这样有大面积珊瑚礁的地方每年都会招募志愿者去抓多棘海星，把它们杀死。这种动物那么厉害，那它们的天敌是谁？它的天敌是一种螺，叫法螺。法螺是专门吃海星的。这是科学家在实验室水族箱中的一个实验视频。这个法螺抓住多棘海星以后，会把它们整个吃掉。法螺会捕食多棘海星，所以它们对于保护珊瑚礁来讲非常重要。但是法螺又长得非常漂亮，所以好多人会把它们抓来做工艺品进行售卖。“没有买卖就没有杀戮”。如果将法螺都抓走，多棘海星就会大量生长，整个珊瑚礁的生态系统就会因此受到严重破坏甚至崩溃。
所以在今年2月份国家新发布的《国家重点保护野生动物名录》里面，就明确地把法螺列为国家二级保护动物。我们一定要去保护这些海洋生物。保护海洋环境、保护海洋生物，实际上也是保护人类自己。▲“蛟龙”号，世界第一艘7000米级多人载人深潜器中国现在进入了深海考察的黄金时代，大量的大国重器，包括深潜器、综合考察船等自2000年以后大量下水服役。包括刚才提到的“蛟龙”号和“科学”号。▲“科学”号现代化海洋科学考察船和“发现”号ROV
另外很多大学和科研机构现在也都建造了非常先进的科学考察船。在去年（2020年）的11月10号，咱们国家还有一个里程碑式的事件。就是中国科学院三亚深海所的载人深潜器“奋斗者”号，它于这一天在马里亚纳海沟10909米的地方成功坐底，刷新中国载人深潜新的深度纪录。▲“奋斗者”号：中国深海探险的又一里程碑式事件
那么深海动物和浅海动物到底有什么差别？我一开始就说到，我有个梦想，要到深海去看看深海的动物到底是什么样子的。现在咱们看到的都是浅海的动物，下面我就开始讲深海的动物。大家可以比较一下深海动物和浅海动物到底有什么明显的区别。这是一个玻璃海绵。玻璃海绵在深海是比较常见的一类海绵，而且它还有一个名字叫“偕老同穴”。为什么叫偕老同穴呢？因为有一种小虾叫俪虾，这是一种用伉俪的“俪”字命名的虾。俪虾会在小的时候钻到海绵体内去，最后经过竞争，在一只海绵里头只会剩下一公一母，也是一对伉俪。它们会在这个海绵里面生儿育女，生的小虾会从海绵的孔里跑出去，去寻找新的海绵做家。在整个生命过程当中，一公一母的这一对俪虾一直在这个海绵里面生活，所以这个海绵也叫偕老同穴。上图这是我们在西太平洋的雅浦海山采到的海绵以及它里面的小俪虾。这是深海的珊瑚。深海的珊瑚是不造礁的，许多是单体珊瑚。这是海绵动物（左一至四），是2018年我坐“深海勇士”号去西沙的深海采到的样品。这是刺胞动物（右一）。大家可以看出来，深海动物和浅海动物的区别就是深海动物的颜色比较单调，红色和白色是深海动物的流行色，基本上没有其他的颜色。在深海里面也有很多非常奇怪的动物。比如这只章鱼长得非常像动画片《小飞象》当中的小飞象。这是我本人乘“蛟龙”号在3570米深处的海山拍到的一只会游泳的海参。它正在海山悬崖峭壁上游泳。这个泳姿让我感觉它应该是在蝶泳。大家知道浅海的海参是不会游泳的，它们只会在石头或者泥沙上爬。但在深海已经发现有十几种可以游泳的海参。另外深海的鱼类像鮟鱇都长着一个大嘴巴。甚至有的鱼类如右图的鳗，它的嘴巴甚至是折叠的。这是它闭上时候的样子，然后它张开之后还有折叠的一层，这样它的嘴巴会更大。为什么这样？因为它们是机会主义捕食者。在深海，鱼类是极度缺乏食物的，所以一旦有了猎物从它面前经过，它就会一口吞下去或者用它的长牙齿咬住这只猎物不放松，直到把猎物累死，再把猎物吃掉，所以通常情况下它们的嘴巴很大或牙齿很长。▲“海雪”
深海是极度缺乏食物的地方，所以大部分的深海动物实际上是滤食性的，比如海绵、珊瑚等。它们会过滤海水当中的名为“海雪”的有机物颗粒。另外深海还有好多会发光的生物，如栉水母、管水母、鮟鱇，甚至一些沙蚕和一些浮游动物也是会发光的。这是我们在深海采到的一株竹节珊瑚。我们当时在母船上检测它发荧光的情况，稍微一碰它，它就会发出荧光。而为什么深海动物会发光，这跟它们的求偶、捕食、或者是抵御天敌等都是有关系的。深海动物的发光是一个非常奇妙的现象。深海也不是生物的沙漠。虽然极度缺乏食物，但是深海的生物多样性还是很高的。实际上，深海还有很多不解之谜等待着人们去考察发现。深海中很可能存在与地球生命的起源、演化相关的一些环境或生物，可以通过研究它们来找到地球生命的起源。比如在早期生命发生的时候，地球温度很高且很多有毒的气体，就跟现在在深海看到的热液即黑烟囱这样的环境十分类似。所以，深海还藏着很多的奥秘，等待着在座的各位同学将来有机会去考察。谢谢大家！文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。“格致论道”，原称“SELF格致论道”，致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技术支持。欢迎关注格致论道官网: self.org.cn，微信公众号: SELFtalks，微博: 格致论道。
