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深海科学与工程研究所
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科普动态

深海狮子鱼-神秘的超深渊居民

文章来源:  |  发布时间:2017-07-03  |  【打印】 【关闭

  

  在海洋学上,透光层以下的区域常被定义为深海深度一般200米以下。此外,按照深度不同进一步将其划分为:中层带、深层带、深渊带与超深渊带。随着深度的增加,海洋物理环境也发生着急剧变化。在大约1,000米处除了生物光以外,其它光线都基本消失;海平面气压为1atm,向下以1atm/10m的速度增加;深海温度变化约在4 ℃-1 ℃间,可以说深海基本处于等温状态,并且没有季节变化;盐度也几乎保持恒定,在2,000米以下为35‰;此外,维持深海生物需求的氧气主要依靠南北极地表层寒冷、富含氧气的海水降流。

  恶劣的生存环境,对深海生物来说是一个极大的挑战。特别是对超深渊鱼类(6,000米以下),除了应对恶劣物理环境外,最重要的就是食物的来源,研究表明深海生物的食物来源主要是依靠上层生物有机体的沉降(图1)。长久以来,在如此恶劣的环境中,人们往往认为生物分布稀少,此前,我们根据国内外相关资料以及Fishbase等数据统计表明生活在海洋3,000及以下的鱼类共1856141属约302种。而在这些类群中,尤其以深海狮子鱼分布深度最深,垂直分布深度跨度最大。

   

  图1.深海生物食物来源David J. Randall et al. 1997

  深海狮子鱼(图2),隶属鲈形总目鲉形目杜父鱼亚目狮子鱼科,体延长,前部亚圆筒形,后部渐侧扁狭小。头宽大平扁。吻宽钝。口端位,上颌稍突出。眼小,上侧位。鳃孔中大。体无鳞,皮松软,光滑或具颗粒状小棘。背鳍延长,连续或具一缺刻,鳍棘细弱,与鳍条相似;臀鳍延长;尾鳍平截或圆形,常与背鳍和臀鳍相连;胸鳍基宽大,向前伸达喉部;腹鳍胸位,在浅海类群中具有腹鳍愈合特化形成的吸盘,而在多数深海种类,如副狮子鱼属等,它们的吸盘退化,形成丝状腹鳍,这一现象被看成是对深海软泥底质的适应性进化此外,深海狮子鱼主要分布于北太平洋、北大西洋及北极海,少数见于南极海

   

  图2.超深渊狮子鱼Paul H. Yancey et al. 2014

  近些年,随着国内外深海探测技术发展,不断有新物种相继被发现。2008年,英国阿伯丁大学研究团队在日本海沟7,700米处发现一新的狮子鱼;此后该团队还在克马德克海沟7,000米以下拍摄到一组克马德克隆背狮子鱼摄食图片(图3)。从拍摄的图片中可以看出,尽管深海环境十分恶劣,这些狮子鱼却展现出游刃有余的适应能力。

   

  图3. 克马德克隆背狮子鱼摄食Linley T D, et al. 2016

  此外,最近,中国科考团队在马里亚纳海沟约7,400米处也诱捕到若干尾深海狮子鱼(图4)。通过解剖,还在这些狮子鱼胃含物中发现大量形态较为完整的甲壳类生物(图5),这也表明超深渊区域并非如人们想象中生物资源匮乏。

   

  图4.马里亚纳海沟狮子鱼冰冻标本He et al. 2016

   

  图5.马里亚纳海沟狮子鱼胃含物中的甲壳类He et al. 2016

  由于,在众多的超深渊海沟相继发现狮子鱼的踪迹,目前,深海狮子鱼被认为是地球上栖息最深的脊椎动物。然而,面对深海海底如此恶劣环境,特别是几百甚至上千倍的大气,狮子鱼却能轻松应对。形态学研究表明,狮子鱼为适应这种高压环境,身体的生理机能已经发生了很大变化。这些变化主要反映在肌肉和骨骼上。由于深海环境的巨大水压作用,骨骼变得非常薄;而且容易弯曲;肌肉组织变得特别柔韧,纤维组织变得出奇的细密。更有趣的是,皮肤组织变得仅仅一层非常薄的层膜,它能使鱼体内的生理组织充满水分,保持体内外压力的平衡。这就是深海鱼类为什么在如此巨大的压力条件下,也不会被压扁的原因。此外,关于海洋生物对压力适应性的最早研究始于20世纪70年代末,当时科学家发现,深海动物能承受巨大压力的关键在于它们体内拥有一种称为乳酸脱氢酶(LDH)的物质——浅水鱼的LDH只能适应小于500米深度的较低压力;相比之下,深海鱼的LDH则能适应更深处海水的巨大压力。与此同时,一种有助于深海生物适应压力的小分子piezolytes被发现,这种小分子可有效防止海水压力对蛋白质的扭曲影响。此外,一种被称为氧化三甲胺(TMAO的分子对承受高压影响的蛋白质可起到稳定作用。英国科学家此前在深海狮子鱼中检测到高水平的TMAO含量并推测深海鱼类分布的极限深度为8,200米。

  然而,生物对环境的适应是一种复杂的机制,同样,深海狮子鱼对环境的适应可能也取决于多种因素的组合。从另一层面来说,形态特征的适应性变化常是分子机制层面适应性进化的结果。所以,在当今基因组学时代,对深海狮子鱼适应性进化的分子机制研究也亟待开展。对于生活在深海里的生物来说,既然无法躲避、逃脱这些变化,它们就必须学会去应对和适应这些变化。这些研究将让我们更多地了解深海生物是如何应对如此极端的生存环境挑战。

   

     供稿人:何舜平(中国科学院水生生物研究所)

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