深淵鉤蝦

摘要：深淵環(huán)境曾被認(rèn)為是“生物荒漠”，但其實深淵這一低溫、高壓、寡營養(yǎng)環(huán)境下生存很多生物，深淵鉤蝦就是其中一種。鉤蝦是一種甲殼類生物，屬于端足目鉤蝦科。深淵鉤蝦主要屬于噬鉤蝦屬的巨大噬鉤蝦種和杜比可噬鉤蝦種，主要食用海洋碎屑和腐肉。據(jù)推測，深淵鉤蝦的新陳代謝速率很低，其壽命大約為11.5年。有研究表明深淵鉤蝦的消化道內(nèi)有塑料碎屑，說明塑料污染已經(jīng)達(dá)到海底最深處。

關(guān)鍵詞：深淵;鉤蝦;塑料污染

深海通常指水深超過1000米的海域，占世界海洋總體積的75%;它包含了多種特殊生態(tài)環(huán)境，如熱液、冷泉等，具有高壓、無光、低溫且寡營養(yǎng)的極端環(huán)境[1]。高靜水壓力是深海環(huán)境的一個顯著特點。由于地球引力的作用，當(dāng)海水深度每下降100?m時海水中的靜水壓力則增加1?MPa，深海的平均壓力為38?MPa，而在全球海洋最深處約11000?m的馬里亞納海溝中，靜水壓力最高可達(dá)到110?MPa，因而生活在深海中的大部分生物需要適應(yīng)深海的高壓環(huán)境。隨著海水深度的增加，溫度逐漸下降，除了海底火山口及其附近的地方，深海的溫度一般保持在3℃左右。海洋表層透光帶中浮游植物產(chǎn)生的有機(jī)物，是深海營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源，在沉降的過程中逐漸被分解、消耗。

水深超過6000米的海域被稱為深淵區(qū)，深淵區(qū)的主人公之一就是深淵鉤蝦，但凡落入深淵區(qū)的生物殘骸，都會被深淵鉤蝦定位、攝食。深淵鉤蝦與我們常見的蝦在四、五億年前就開始分化，到現(xiàn)在差異非常大。有科研人員利用生物標(biāo)志物和同位素技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，深淵鉤蝦的食物明顯受控于上層水體生產(chǎn)力，即使在同一條海溝，隨著生長階段的不同，鉤蝦表現(xiàn)對腐肉、浮游植物碎屑及微生物有機(jī)碳的需求差異[2]。

1758年，林奈發(fā)現(xiàn)并記錄了蚤狀鉤蝦，人類由此開始了對鉤蝦的研究，當(dāng)時蚤狀鉤蝦的生境被記錄為海岸，后被證實其主要生活在湖泊和溪流中，是目前已知的生活最為廣泛的一種淡水鉤蝦。我國對鉤蝦的研究起步較晚，20世紀(jì)30年代，以俞兆琦為代表的中國科研人員才開始對鉤蝦進(jìn)行研究。此后涌現(xiàn)了沈嘉瑞、張偉權(quán)、宋鵬東等研究人員對鉤蝦進(jìn)行進(jìn)一步研究。90年代，任先秋等開始對中國海的底棲端足類鉤蝦亞目進(jìn)行系統(tǒng)分類和深入研究，共記錄中國海有鉤蝦類有139種[3-6]。

1?它們在哪里生活

深淵鉤蝦主要生活在水深超過6000米的深淵水域，世界上比較著名的深淵水溝如日本海溝（最深處10374，平均深度6000米）、馬里亞納海溝（最深處11034米）、克馬德克海溝（最深處10047）、秘魯-智利海溝、伊祖-博寧海溝、新赫布里底海溝（最深處9174米）等，人類都曾捕撈到深淵鉤蝦。在海洋中，水深超過1000米，陽光就無法到達(dá)，即為無光區(qū);水深超過2000米，海水溫度變化很小，在2℃左右;綜合來看深淵是一個溫度低、靜水壓力高、食物資源匱乏且完全黑暗的環(huán)境[7]。很長一段時間，深淵被認(rèn)為是一個“生物荒漠”，隨著航海技術(shù)的進(jìn)步和深海著陸器等的出現(xiàn)，人們逐漸認(rèn)識到，由于深淵獨特的“V”字地形使得從兩側(cè)深淵斜坡沉積下來的營養(yǎng)物質(zhì)有進(jìn)無出，從而在深淵這種極端環(huán)境下同樣孕育了很多生物，主要有多毛類、腹足類[8-10]。深淵鉤蝦就是其中一種。

除了深淵環(huán)境外，在淡水、沿海以及河流入?？诘南痰h(huán)境中，其實也生活著很多深淵鉤蝦的近親，這些淡水和沿海環(huán)境下的鉤蝦我們更容易見到，全世界的鉤蝦約有5000余種，其中淡水種類鉤蝦約占1/5。

2?它們是什么樣子

鉤蝦是一種甲殼類動物，在生物分類學(xué)上鉤蝦屬于端足目鉤蝦亞目鉤蝦科，是甲殼動物的一種。端足目動物中85%的種類屬于鉤蝦亞目，且鉤蝦亞目在數(shù)量組成上也同樣占優(yōu)勢。鉤蝦亞目已知有91個科，880余屬，約6000種，絕大多數(shù)海生，也有一些淡水種。鉤蝦的身體是半透明的，甲殼很薄，有著扇子一樣的尾巴，第二對觸角上的須很長，體長約5-30毫米，多數(shù)在10毫米左右，最大深海種個體可達(dá)140毫米。頭部與第一胸節(jié)結(jié)合，看上去就像沒有脖子，頭部與復(fù)眼均較小，無柄，因其靜止時身體彎曲呈拱形，運動時則弓著“腰”側(cè)行，所以被稱為鉤蝦[11]。主要分布在熱帶、溫帶海域。鉤蝦主要捕食動物、植物的腐質(zhì)和碎屑，其營養(yǎng)價值豐富，鉤蝦的很多種是海產(chǎn)養(yǎng)殖的重要餌料，如鉤蝦的其中一個種--蜾蠃蜚，已經(jīng)大量人工繁殖，是水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要餌料種之一。

水深40米以內(nèi)主要是近岸淺水型鉤蝦，主要分布在潮間帶和潮下帶，其中分布較廣數(shù)量較多的是短角雙眼鉤蝦、日本沙鉤蝦和強(qiáng)壯藻鉤蝦[12]。鐮形葉鉤蝦主要分布在潮間帶海藻上，在南極亦有分布。

目前收集到的深淵鉤蝦主要屬于噬鉤蝦屬的巨大噬鉤蝦種和杜比可噬鉤蝦種，以及廣淵鉤蝦屬的格氏廣淵噬鉤蝦種，其中噬鉤蝦通體顏色偏淡黃色，且尾部向上翹，而廣源鉤蝦屬顏色偏紅，尾部向下垂。由于適應(yīng)了深海完全黑暗的環(huán)境，深淵鉤蝦的眼睛完全退化。深淵鉤蝦主要食用海洋碎屑和腐肉，幾乎完全依賴于表層物質(zhì)供給。對深淵鉤蝦的有機(jī)組分進(jìn)行14C示蹤研究，科學(xué)家推測，深淵鉤蝦的壽命大約為11.5年，而淺海鉤蝦的壽命一般為1-2年，顯然與淺海鉤蝦相比，深淵鉤蝦的壽命要長的多，海溝鉤蝦的長壽特征可能與其生存環(huán)境有關(guān)，有限的食物來源、低溫高壓的環(huán)境使深淵鉤蝦進(jìn)化成非常低的新陳代謝效率和低細(xì)胞更新速率，從而需氧量減少，使海溝鉤蝦能夠活得更長[13]。此外深淵鉤蝦與淺海鉤蝦相比，最大的區(qū)別就是它們能夠承受深淵巨大的靜水壓力，在馬里亞納海溝最深處，水壓接近110兆帕的地方，這些小生物仍然能生活的很好。要知道大多數(shù)水生生態(tài)系統(tǒng)的甲殼類動物一旦進(jìn)入4500米的深度就開始分崩離析，人類最深也只在水下7000米處發(fā)現(xiàn)魚類的身影，人類制造的潛艇也均是有鋼材質(zhì)做成才能承受海底巨大的壓力。而這些小生物卻能在深淵洋底安然無恙的生活，實屬神奇。近年來，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)深淵鉤蝦能夠通過自制“鋁盔甲”來抵御海洋深處的巨大壓力[14]。深淵鉤蝦的外骨骼含有鋁以及大量的碳酸鈣，氫氧化鋁凝膠附著在鉤蝦外骨骼的表面，一方面使鉤蝦可以承受深海高壓環(huán)境，另一方面可以防止鉤蝦外骨骼的碳酸鈣分解。

那么深淵鉤蝦是如何獲取鋁的呢？鋁在海水中并不豐富，很難直接被海洋生物所利用。但海洋沉積物中含有豐富的鋁，深淵鉤蝦棲息在洋底海溝中，從沉積物的植物殘渣中獲取葡萄糖，并利用自身的酶將葡萄糖分解為葡萄糖酸及葡萄糖酸內(nèi)酯。這兩種物質(zhì)可以幫助深淵鉤蝦從沉積物中獲得鋁，所提取的鋁離子在堿性海水中轉(zhuǎn)變成氫氧化鋁凝膠，這些凝膠覆著在蝦的身體上從而保護(hù)它們不受深海壓力的侵害[14]。

3?它們面對什么

塑料污染，深淵包括水深6000-11000米的海域，由于此深度人類難以到達(dá)，深淵仍是人類最不了解的區(qū)域之一，以往的觀念認(rèn)為，深淵海溝由于人類難以到達(dá)，是一片“凈土”，但在2019年紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的一項研究表明，人造污染物已經(jīng)到達(dá)深淵，并且入侵到大洋最底層生物體內(nèi)。該團(tuán)隊解剖了90只采集自深淵海溝的鉤蝦，其中65個樣本的消化道內(nèi)發(fā)現(xiàn)了塑料碎屑，其中來自馬里亞納海溝的樣本體內(nèi)全都有塑料碎屑[15]。碎屑以纖維斷片為主，大小從0.3到2毫米之間不等，種類包括塑料和合成材料，半合成材料和天然纖維的集合。該研究刷新了微塑料被生物攝入的深度記錄，表明在地球海洋中的最深處，人造塑料碎片可以被生物利用。

放射性同位素污染，同樣在2019年我國學(xué)者對西太平洋3個海溝不同深度的鉤蝦進(jìn)行14C示蹤研究，發(fā)現(xiàn)所有鉤蝦樣品體內(nèi)均有顯著的14C特征[13]。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為放射性同位素需要上千年的時間才能經(jīng)水循環(huán)進(jìn)入深海，但是近年的研究表明經(jīng)食物鏈傳遞，這一過程被大大縮短，表層物質(zhì)進(jìn)入深海的速度遠(yuǎn)超人類預(yù)期。

結(jié)語

隨著生活水平的提高，人們越來越注重生活品質(zhì)的提高，卻忽略了身邊環(huán)境的變化。據(jù)歐洲統(tǒng)計局2016年全球塑料生產(chǎn)總量報告，全球生產(chǎn)塑料3.35億噸，中國是最大的塑料生產(chǎn)國，每年塑料產(chǎn)量約占全球25%。目前海洋中僅海面上漂浮的塑料垃圾就超過25萬噸。塑料產(chǎn)量急劇增加的同時也帶來了很多塑料污染問題，導(dǎo)致了大量廢舊塑料垃圾的產(chǎn)生。研究表明海洋中60%-80%的碎片垃圾來自于陸地，且碎片垃圾中80%為塑料。多數(shù)塑料在海洋中經(jīng)過物理破碎和化學(xué)分解后成為微型塑料。微型塑料更易被海洋生物吞噬從而進(jìn)入食物鏈。漁網(wǎng)、繩索及包裝袋等塑料垃圾可纏繞海龜、海鳥及魚類等動物使其受傷甚至死亡。

事實上塑料污染遠(yuǎn)比我們想象的要嚴(yán)重得多，目前塑料污染的已經(jīng)延伸到南極、北極和地球最深處馬里亞納海溝。塑料污染跨過了國家和區(qū)域的界限，需要全球共同合作，才能緩解這一世界性環(huán)境污染難題。

建議加強(qiáng)塑料來源管理，加大開發(fā)研究可降解塑料制品研究并普及使用。一方面政府應(yīng)加大科研投入，激勵科研人員對塑料制品的環(huán)境污染形為研究。另一方面應(yīng)加大對塑料可降解替代品的開發(fā)研究，目前用于制作生物可降解塑料制品的原料主要包括聚己內(nèi)酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）及其共聚物、聚乳酸（PLA）和聚羥基烷酸酯（PHA）等。

海洋中多種多樣的生物才造就了如此豐富多變的海洋世界。地球上的生物彼此之間相互依賴，相互影響，就算是生活在地球最深處的深淵鉤蝦也不可避免地受到人類的影響，人類污染以前所未有的速度到達(dá)洋底，也給我們敲響了警鐘，保護(hù)地球上的每一種生物就是保護(hù)我們自己的家園。

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資助項目：中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目（DD20190209）

作者簡介：姚慧敏（1995—??），女，漢族，湖北孝感人，碩士研究生，助理工程師，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，主要從事海洋微生物、海洋生態(tài)學(xué)方向的研究。