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它们走过的路上,都是自己的骨头和残肢

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  海绵移动留下的痕迹(图片来源:AWI OFOBS team, PS101)

  在永久冰封的极寒之地,平静的海面之下散发出丝丝“血腥”气息。只见深深插入土壤里的骨针,“咔嚓”一声碎裂开来。骨针碎片撕扯下部分身体组织,静静地落在不远处。没有丝毫犹豫,它又迈出了下一步,用另一根骨针拉扯着自己前进,而它身后无数的骨针碎片已经拖出了长长的褐色痕迹。这不是种群间的斗争,也不是为争夺配偶而争斗。这只是一只海绵,为了行走必须付出的代价。

  撰文 | 洪艺瑞

  审校 | 吴非

  在动物世界,“行走”这件事可以说是各具特色,精彩纷呈。我们的祖先用了数百万年学会直立行走;蜗牛身后拖着长长的银色轨迹,以每分钟8 厘米的速度负重前行……在走路这件事情上,生物的尺寸与行走能力并不成比例。小小的细菌在1秒内就能跑出自己身长的60~100倍;而令人望之生畏的霸王龙,即使拥有12米长的壮硕身材,1秒内也只能移动1.2米。

  

  在为走路而各显神通的生物中,海绵是个奇葩的存在。新生的海绵尚且可以随着水流游动,而成年海绵则牢牢地附着在岩石等表面上,一动不动。以至于直到1755年,科学家发现海绵周围的水流会发生改变,同时海绵中央腔的直径也会变化,他们这才恍然大悟:原来海绵是动物,而非植物。尽管如此,科学家还从未在自然界中观察到成年海绵的移动。近日,发表在《当代生物学》上的一篇研究首次揭示:生活在北极深海的海绵不仅会行走,而且每走一步,就掉一块肉!

  令人震惊的发现

  2016年,德国破冰船“极星号”(Polarstern)正在北极执行探索任务。科学家在一个遥控的潜水机器人上装备了摄像头,来观测位于永久冰封区的一座名为Langseth的海底山脊。当摄像头来到580~1000米深的海域时,研究人员惊奇地发现,山脊上密密麻麻长满了海绵。进一步观测发现,这些海绵主要包含3个物种,分别是钵海绵属的Geodia parva、Geodia hentscheli ,以及星芒海绵属的Stelletta rhaphidophora。

  此次发现海绵的地点为北纬86°左右,而在此之前,最接近北极的海绵发现地点不过是北纬76°。尽管研究人员想过可能会在这里找到海绵,但没有想到数量会如此之多。研究的共同作者,来自德国阿尔弗雷德·魏格纳极地与海洋研究所的深海生态学家奥坦·珀泽(Autun Purser)感叹道:“即使是在北极的永久浮冰之下,海绵也可以繁茂地生长。”

  

  海绵移动留下的痕迹(图片来源:原始论文)

  更令人惊奇的是,研究团队在分析获得的影像资料时,发现在70%的海绵照片中都出现了高数厘米、长数米的棕色痕迹。尤其在海绵较少的地方,海床上原本的沉积物和有机物残骸较少,因此可以清晰地看到,棕色痕迹纵横交错地分布在海床上。研究人员发现,这些棕色痕迹其实是海绵的骨针,也就是海绵的支撑结构,有些骨针上还附着少量的海绵组织。顺着这些痕迹,研究人员发现,有些骨针甚至直接与海绵的底部或侧面相连。这表明这些骨针可能是海绵在移动过程中留下的。

  海绵会移动吗?

  这是一项令人震惊的发现。珀泽表示:“我们没想过会发现如此多的海绵,更没有想过,这些海绵竟然还能够移动。”这也是科学家首次在自然条件下观测到海绵的移动。

  在此前的研究中,研究者曾经在实验室条件下观察到海绵的运动。1988年,来自北卡罗来纳大学教堂山分校的生物学家卡尔霍恩·邦德(Calhoun Bond)和艾伯特·哈里斯(Albert Harris)发现,荔枝海绵属的Tethya actinia可以在玻璃、塑料和橡胶上移动,其速度最高为每小时160微米(相当于每天4毫米)。尽管海绵没有肌肉,也没有专门的运动器官,但它们可以在外界环境的刺激下,通过收缩或舒张身体往前移动。这种荔枝海绵就是如此,它们会先把长长的骨针插到基质中,然后以骨针作为支点,向前拉动自己的身体。之后,海绵将上演一出“过河拆桥”的桥段:因压力而破碎的骨针会被海绵无情地丢弃,成为海绵身后的一道痕迹。

  

  对海底痕迹的三维建模(图片来源:研究论文)

  此次在北极发现的海绵,运动方式与荔枝海绵类似。“这些痕迹是由海绵的骨针,或者说海绵的脊椎所构成的,”珀泽表示,“这些海绵似乎是首先伸出自己的骨针,然后用骨针将自己拖拽到新地点。在这个过程中,一些骨针会破裂,从而形成了我们看到的棕色痕迹。”

  利用获得的影像资料,研究人员进行了3D建模,结果发现海绵移动留下的轨迹呈现出相互交织的“之”字形。这表明海绵不仅能够移动,而且还会在移动过程中变换方向。或许这听起来并没什么了不起,但回忆一下,你在走路时会无缘无故地改变方向吗?方向的改变表明了海绵的移动或许具有一定的目的性。“这些特征与之前报道的具外壳的海绵(encrusting sponge)的觅食和繁殖行为相吻合。”论文写道。

  这可以部分解释为什么科学家能够在如此寒冷的地方发现海绵。Langseth山脊纬度较高,上方终年被冰覆盖,离陆地也很远,这导致海水中的生产力较低,营养也十分匮乏。而海绵在觅食时,又是个典型的机会主义者:它们通过表面无数的小孔吸入附近的水流,从中获取细菌等食物,再将利用后的海水从出水孔排出。为了从海水中获取更多的营养,这些北极海绵可能不得不进行移动,哪怕要付出“血的代价”。

  

  视频来源:研究论文

  研究人员还发现这些痕迹的分布,往往与幼年海绵的分布有关。这说明除了觅食,海绵的移动也可能与它们的后代相关:或许是为了分散它们的后代;又或者它们忍痛“割肉”、留下痕迹,只是为了让后代有能够附着的地方。

  

  白色箭头所指为幼年海绵。(图片来源:研究论文)

  其他海绵

  2006年,来自意大利巴里大学的研究团队曾报道,在地中海的两个海湾中发现了一种会移动的钵海绵——Geodia cydonium。但由于当时并没有发现相应的骨针痕迹,科学家推测这种移动可能是由高速的水流引起的,并非海绵的主动移动。而此次发现海绵的地点不太可能出现高速的水流,同时坡度也比较平缓(8.5°)。最重要的是,大多数山脊上的痕迹都呈现出从下到上的走向,从而排除了因重力引起移动的可能。

  但令人好奇的是,为什么偏偏只在北极发现了海绵的移动痕迹。珀泽表示:“这可能是因为在大多数海床上,沉积物形成的速度很快,因此海绵移动的痕迹很快就被遮掩了。但是在北极的永久冰封区,由于生产力较低,沉积物的形成速度也比较慢,因此这些痕迹可以长期存在于海床上。”

  “或许,能够移动的海绵比我们想象的要多得多,只是我们尚未发现而已。”珀泽说。

  封面图来源:pixabay

  研究论文:

  In situ observation of sponge trails suggests common sponge locomotion in the deep central Arctic

  https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.03.014

  来源:环球科学

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