探秘馬里亞納深海生物

丁佑

最近，科學家將一種深海獅子魚正式定名為Pseudoliparis swirei，并確定這是迄今為止人類已知的生活在最深海域的魚類。這種生活在馬里亞納海溝深處的小魚只有約10厘米長，小小的身軀卻能承受住相當于1600頭大象重量的強大壓力，實在令人驚嘆。

許多深海生物都擁有某些令人驚訝的“超能力”，才能在嚴酷的環境中生存。而人類對這些生物卻知之甚少。由于深海特殊的環境，探索深海的難度幾乎不亞于探索外星球，地球上最深的海溝——馬里亞納海溝更是最為神秘的海洋生物棲息地。

馬里亞納獅子魚及其身體結構（CT圖像）。

馬里亞納海溝位于日本以南，菲律賓以東的海域。在那里，太平洋板塊和馬里亞納板塊發生了碰撞，密度更高的太平洋板塊向地球深處俯沖，消失在地幔中，留下一道深深的溝壑，同時，一部分地殼被抬高，形成了馬里亞納群島。

馬里亞納海溝的最深處是位于其南端的“挑戰者深淵”，根據美國國家海洋和大氣管理局（NOAh）的探測結果，它的深度約為10，994米。海洋第二深的地方也在馬里亞納海溝，位于挑戰者深淵東面約200千米處的“塞麗娜深淵”，深度為10，809米。相比之下，地面上的最高峰珠穆朗瑪峰的海拔高度約為8848米，如果能把它移到馬里亞納海溝中，它將被淹沒在海洋深處。因此，也有人將馬里亞納海溝稱為“海中珠穆朗瑪”。

在馬里亞納海溝底部，海水冰冷，黑暗無光，巨大的壓力能把很多動物壓成“肉干”。然而在這樣的惡劣環境下，仍有不少生物頑強地生存著，它們是怎樣存活下來的呢？

探尋海底樂園

長久以來，人們一直以為海底是一片沒有生命的泥沼。古希臘哲學家蘇格拉底曾斷言，海底“只有洞穴和沙子，無盡的泥土，還有大片的黏液”。直到19世紀晚期，人們對深海的了解還很少，當時大多數科學家認為，黑暗和寒冷會使深海變得不適宜生物生存。1864年，挪威博物學家薩爾斯在3000米深的水下找到了一些活的海百合。這一發現震驚了世界，因為此前科學家們都認為這種動物在幾百萬年前就滅絕了。一些科學家不禁想到，海洋深處是否存在著更多遠古的生命形式呢？

薩爾斯的發現在全世界掀起了一波探索深海的熱潮，而當時走在潮流前端的是英國科學家。在1872年到1876年間，為了探索地球上所有海洋和海洋中的生命，英國科學家乘坐“挑戰者號”遠洋科考船進行了一次大規模海洋科學考察，這就是科學史上著名的“挑戰者號遠征”。在長達1606天的“遠征”中，“挑戰者號”航行了超過1.27萬千米，考察隊總共發現了4700多種海洋動物，并第一次記錄了一批深海生物。探險隊還發現了海洋的最深處：在馬里亞納海溝的南端，海床如斷崖般“消失”，形成一個“無底洞”。這個“無底洞”就是“挑戰者深淵”，其名字就來自于“挑戰者號”。

近一個世紀后，人類第一次來到了挑戰者深淵的底部。1960年1月23日，瑞士探險家雅克·皮卡爾和美國海軍中尉唐納德·沃爾什駕駛“的里雅斯特號”潛水器潛入深海，他們在挑戰者深淵的底部停留了20分鐘，測得其深度為10916米。潛水器的主體部分由調節浮力的壓載水艙所占據，所以，皮卡爾和沃爾什只能擠在一個直徑2米多的球形艙里，通過一個很小的有機玻璃窗戶觀察外界。當他們經過4小時47分鐘的漫長下潛終于到達海底時，卻因為窗口粘上了淤泥而無法拍攝清晰的照片。無論如何，關于生命是否存在于底部的爭論已經塵埃落定，因為皮卡德在有限的視野內看到了類似比目魚的生物（但現在科學家們認為那可能是海參）。

活體海百合的發現激發了科學家對海洋生物的興趣。圖為一只紅色海百合，它形似植物，但實際上屬于棘皮動物，是海星、海參的近親。

正被吊裝上船的“的里雅斯特號”，其下方的圓球就是載人艙。

剛入水的“深海挑戰者號”潛水器，卡梅隆乘坐它潛到了挑戰者深淵底部。

2012年，著名電影制作人、海洋探險家卡梅隆獨自駕駛著名為“深海挑戰者號”的潛水器潛入馬里亞納海溝深處。他用高清3D攝像機拍攝了水下10898米的景色和各種生物，海底豐富的生物多樣性令人大為驚嘆。

2014年底，美國科學家利用遙控深海探索車對馬里亞納海溝進行了進一步的探索，并采集了很多深海生物和巖石的樣本。最近被定名的馬里亞納獅子魚也是在這次科考中被首次發現的。

極限生境

盡管科學家們早已知道海溝底部并非一片荒蕪，但經過深入考察之后，海溝中的生命的數量和多樣性還是讓他們感到十分驚訝。因為海溝深處的生存環境十分特殊，生活在這里的生物無時無刻不在挑戰著極限。

深海生物遇到的第一個挑戰就是黑暗。陽光能穿透的海水大約只有200米深，馬里亞納海溝底部幾乎是漆黑一片。為了在黑暗中生存，深海動物各出奇招：短吻擬深海鮭有著巨大的眼睛，能夠捕捉到微弱的光;深海狗母魚放棄了視覺，僅僅依靠觸覺和振動來感知獵物：燈籠魚自身能發光，自帶“車前燈”照亮前方，還能利用這些“燈光”來吸引配偶或獵物。

黑暗對視覺的影響只是最微不足道的障礙，缺乏光照還意味著深海沒有能進行光合作用的藻類生存。海洋中的食物鏈主要建立在大量浮游藻類之上，那么，在一片漆黑的海底，生物靠什么生存呢？一些微生物能利用海底噴出的甲烷或硫進行自養作用，其他一些生物則會以它為食。海底另一類食物來源是上層海水中生物的尸體，尸體腐敗的碎屑會逐漸下沉，經過“漫漫長路”，最終到達海底。馬里亞納海溝底部的腐屑含量較為豐富，科學家推測，可能是海溝漏斗狀的構造使這些物質富集在海底。有時，海底的“清道夫”們也能享受到一頓大餐——比如一頭死鯨。盲鰻會鉆入鯨的尸體，從里到外吃掉柔軟的組織;與此同時，食骨蠕蟲會在鯨骨上鉆孔，吸食其中的脂質;在之后的數年到數十年，大量微生物依靠鯨骨殘存的有機質及其釋放的硫化物生存，并引來以它們為食的各種無脊椎動物。

深海狗母魚視力極差，主要依靠觸覺感受外界。

死去的鯨會沉入很深的海底，為深海生物提供了豐富的食物。

燈籠魚自帶“燈光”，并且能用巨大的眼睛捕捉到微弱的光。

盡管有了食物來源，但深海生物還要面臨更嚴峻的挑戰：低溫和高壓。馬里亞納海溝深處的溫度為-1～4℃，比冰箱冷藏室的溫度還低。而深海的壓強更是海平面標準大氣壓的1000倍以上，如果一個人身處海溝底部，他受到的壓力將等同于50架大型噴氣式飛機同時壓在身上。

低溫和高壓對動物的身體會產生特別的影響，在這種環境下，生物細胞膜中的脂質會變為固態，細胞膜失去了流動性就無法行使正常生理功能。為應對這一問題，深海生物的對策是增加細胞膜中不飽和脂肪的比例，這些脂肪在低溫下呈液態，能夠保持細胞膜的流動性。壓力還會對蛋白質造成嚴重的影響。蛋白質在生物體內承擔了多種生理功能，為了發揮其作用，蛋白質分子必須能夠自由地改變它們的大小和形狀，但這在高壓之下是很困難的。我們可以用吹氣球作類比，在空氣中吹氣球很容易，但如果你在游泳池底部試著吹氣球，就會發現這要困難得多，因為氣體分子都被壓縮了。

深海魚的秘密武器

為了防止體內的蛋白質被“壓扁”，深海動物在它們的細胞中生成了一類特殊的有機小分子。這些分子與水分子緊密結合，使蛋白質具有更大的空間，并阻止水進入蛋白質內部造成擠壓。深海魚體內就存在一種叫“氧化三甲胺（TMAO）”的分子。這種物質使深海魚能抵抗強大的壓力，其分解產物“三甲胺”是魚腥味的來源。TMAO的含量會隨著魚類生活的深度的加深而增加，所以深海魚的腥味更濃。

深海中占主導地位的魚類主要是鉆光魚。

深海中占主導地位的魚類主要是琵琶魚。

但是，魚類細胞內TMAO含量的增也會造成細胞液濃度增加，從而升高細胞滲透壓。海魚的細胞具有比海水低的滲透壓，這意味著它們需要主動從海水中吸收水分子。對于深海魚來說，保持低滲透壓極為重要，因為它們必須限制水分子進入細胞，以維持細胞功能。而根據魚類TMAO含量隨海水深度增加的規律來推算，在8200米左右的深度，魚類細胞滲透壓和海水的滲透壓就達到一致了，超過這一深度，海水將不受控制地進入魚的細胞，使其破裂。

那么，8200米就是魚類生活的極限深度了嗎？那也未必。1970年，科學家在波多黎各海溝水下8370米捕捉到了一條“神女底鼬鰣”（Abyssobrotulagalatheae），這是迄今為止魚類最深的捕獲記錄。然而，這次捕撈采用了開放式的網籠，因此這條魚可能是在網籠上拉的過程中被捉到的，也就是說其生活的海域并沒有那么深。此外，其他的捕撈記錄也顯示，神女底鼬鰣主要是在深海帶（4000～6000米深）被捕捉到。

除去這一不太可靠的記錄，目前的最高深度紀錄保持者是馬里亞納獅子魚。最近，它在海底8178米被拍攝到，這一深度已經十分接近理論上魚類生活的極限深度。它還會再創紀錄嗎？還有沒有什么魚能憑借某種我們不知道的生理機制，突破理論極限呢？讓我們拭目以待。

超強抗壓的沙子城堡

雖然魚類可能無法挑戰更深的深度，但在海溝更深處，還有一些其他種類的生物頑強生存著。越來越多的深海影像記錄顯示，馬里亞納海溝底部存在著一些令人驚奇的生物。

2012年，卡梅隆在挑戰者深淵拍攝到了一堆被埋在沙子里的棍子狀的東西。科學家在查看這段視頻時差點忽略掉這些與沙子的顏色渾然一體的“棍子”，但他們很快就意識到，這是海參：形似蠕蟲，有著皮革質地的身體和嘴邊簇生的觸須。挑戰者深淵中的海參都頭朝同一方向，這可能是為了確保它們能從洋流中獲取盡可能多的食物。

普通端足類動物和深海“巨無霸”（Alicella gigantea）的對比

有孔蟲通常具有形態多樣的碳酸鈣外殼。

馬里亞納海溝的大型有孔蟲，擁有以二氧化硅為主要成分的外殼。

用海底砂石偽裝自己的海參。

海底影像還記錄到了一種巨大的端足類動物（也稱片腳類，一類外形像蝦的甲殼類動物）。大多數淺海端足類動物僅幾厘米長，而挑戰者深淵里的“巨人”的長度卻超過了30厘米。這種“巨無霸”有著慘白的蠟質外殼，看上去像是某種樹脂制品。

海溝底部最常見的生物之一是單細胞的有孔蟲。有孔蟲生活在世界各地海床上的沉積物中。通常情況下，有孔蟲會形成堅硬的碳酸鈣外殼來保護自己，并從外殼上的孔洞中伸出細絲狀的偽足來捕食。然而，馬里亞納海溝底部的巨大壓力會令碳酸鈣等礦物溶解，所以生活在這里的有孔蟲無法像淺海同類那樣制造碳酸鈣外殼。取而代之的是，它們用蛋白質、有機聚合物和沙子制造更抗壓的外殼。沙子的主要成分是二氧化硅，其分子結構緊密牢固，能承受極大的壓力。海溝深處的有孔蟲將海洋沉積物中的沙子、死亡微生物的骨骼（也含有二氧化硅）用自己的分泌物黏合，制造出堅固的“沙子城堡”。

目前，關于這些超級深海生物的研究還很少，一方面是因為深海觀測和捕撈投入極高，而收獲較少（海溝底部生物密度很低）：另一方面，深海生物離開其生存的極限環境之后很快就會死亡，其生理結構也可能因捕撈中的壓力變化而受到損傷，在這種情況下，想要研究它們正常生理功能和生活習性幾乎是不可能的。因此，深海生物的生存方式還是一個巨大的未解之謎。這些生物是如何在如此嚴酷的條件下生存下來的呢？生命的極限在哪里呢？或許有一天，我們能知道答案。

無處不在的污染

隨著越來越多的深海生物被發現，科學家們既驚喜又擔憂，驚喜的是生命有無限可能，擔憂的是人類造成的污染已經影響到這些生物生存。

研究人員在馬里亞納海溝取樣的端足類動物體內發現了極高水平的持久性有機污染物（POP），包括多氯聯苯（PCB）和多溴二苯醚（PBDE）。這些化學物質通常被用作電子絕緣體和阻燃劑，它們通過工業事故和垃圾填埋場的泄漏被釋放到環境中，直到20世紀70年代它們最終被禁止。

研究發現，這些深海端足類動物受污染的程度與蘇加灣（西北太平洋污染最嚴重的工業園區之一）中的污染程度相當。由于POP不能自然降解，它們通過污染的塑料碎片和動物尸體到達海底。然后，污染物通過海洋食物鏈從一種生物傳播到另一種生物，經過了幾十年時間，最終導致海底化學物質濃度遠遠高于地表的污染。

人類對深海的影響可能遠超我們的想象。圖為深海探測器在馬里亞納海溝3700多米深處拍攝到的垃圾。

科學家心痛地說：“我們在地球上最偏遠、最偏遠的棲息地發現了如此驚人的污染物，這一事實讓我們看到了人類對地球的長期、毀滅性的影響。”

獅子魚

獅子魚是鲉形目獅子魚科所有物種的總稱，目前已被發現和命名的獅子魚超過400種。獅子魚沒有鱗片，頭大，尾尖，身體細長，看上去有些像蝌蚪。獅子魚是底棲魚類，它們的腹鰭特化成的吸盤狀結構，能很好地吸附在海底。這類小魚看上去有些嬌弱，卻常常生活在嚴酷的環境中：獅子魚主要分布于寒冷的海水中，尤其是冰冷幽暗的深海。盡管獅子魚在世界各地的海洋都有分布，但人們對它們的生活習性知之甚少。

獅子魚是魚類中的“深潛冠軍”。2008年，一個研究小組在日本海溝約7700米的深度發現了一種獅子魚——“鈍口擬獅子魚”，它創下了魚類生存深度的紀錄。但這一紀錄在2014年就被打破了，打破紀錄的正是馬里亞納獅子魚（Pseudoliparisswirei），科學家在水下7966米捕捉到了這種魚。在這次考察中，科學家還發現了另一種獅子魚，水下攝影機在8145米拍攝到了這種被稱為“縹緲獅子魚”的生物，但并未捕撈到樣本。2017年，日本科學家在水下8178米拍攝到了馬里亞納獅子魚，再一次刷新了魚類生活水深的紀錄。

日本科考隊在水下8178米拍攝到一群馬里亞納獅子魚。

海溝奇景

2016年4月20日至7月10日，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）聯合多家研究機構對馬里亞納海溝及附近海域進行了一次大規模科學考察。在此次考察中，研究人員通過遙控探測器拍攝到了許多珍貴的圖像，海溝中奇特的地質景觀和多姿多彩的生物令人大開眼界。以上所有圖片均來自NOAA海洋勘探和研究辦公室。

大量海膽和一只海百合棲息在—塊巖石上，這些海膽可能是為了產卵聚在—起。

海百合、海星和海葵棲息在死丟的珊瑚骨骼上，構成了有趣的“海百合圣誕樹”。

一處深海熱液噴發口，附近棲息著蝦（白色）、螃蟹、蠕蟲等多種生物。

一種外形奇特的海參。

有著炫目色澤的水母。

一只渾身雪白的裸鼬魚，缺乏色素的眼睛也是一片蒼白。這是科學家首次觀察到活體裸鼬魚。