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冰河上的冰虫栖息地正在消失

冰河上的冰虫栖息地正在消失

冰河上的冰虫栖息地正在消失

(蜘蛛网eeook.com报道)据美国国家地理(撰文:DOUGLAS MAIN 编译:曾柏谚):冰河冰虫不仅能在冰冻的温度下繁衍,还身怀神秘特征,更是相当紧急的研究课题──因为它们的栖息地正在消失。

乍看之下,冰河似乎是处毫无生机的不毛地带,不过,事情总没有表面看起来那么简单:冰河是许多微小生物的家园,它们共同构成了一个繁荣的寒冷生态系。

在这样的生态系中,于北美洲西部最引人注目的就是「冰虫」(ice worm)。细如牙线的避日冰虫(Mesenchytraeus solifugus)约有1.3公分长,遍布于太平洋西北部、不列颠哥伦比亚,以及阿拉斯加的冰河上。在夏季的午后与夜晚,这些黑色小虫会成群出没,大啖藻类、微生物,以及其他冰河表面的有机碎屑;当破晓来临,冰虫们才纷纷钻回冰下;而在冬季,它们则消失在冰层深处。

这些蚯蚓的远亲生活在伴随着冰与雪的冰冷水层中,并能在摄氏0度以下成长。这对大多数生物而言根本是天方夜谭,尤其对环节动物这样没有任何隔热层的变温动物来说更是不可能,那么冰虫是怎么做到的呢?科学家目前在冰虫身上已经发现好些诀窍,并指出,了解这些怪家伙对人们而言非常重要──也相当急迫。

罗格斯大学研究冰虫长达25年的研究员丹尼尔.谢恩(Daniel Shain)表示,愈是了解这些动物如何忍受极端环境,对我们理解地球内外生命的极限就愈有帮助。

但冰河正在消失,冰虫也随之毅然。宾夕法尼亚州哈弗福德学院的生物学家雪莉.朗格(Shirley Lang)说明,如果冰河以目前的速度继续融化下去:「我有点觉得它们总有一天会消失,我们希望在冰虫消失之前,能尽可能认识它们。」

冰虫之谜

生物学定律限制生物在温度下降的时候,除身体的反应会趋缓外,活力也会下滑。在这种情况下,恒温动物必须耗费能量,来维持相对恒定的体温;变温动物则变得迟缓,甚至在太冷的时候会进入休眠状态──但冰虫可不来这一套。

谢恩说:「愈冷它们愈有活力,这太矛盾了。」

谢恩与门下博士朗格近年来所发表的一系列论文研究,有助于解释箇中原由。这一切都与一个特殊分子有关──三磷酸腺苷(ATP)。 ATP就像是细胞中的能量货币,推动着体内大部分的反应,而ATP由一种复杂的酵素─ATP合成酶─制造,这种酵素在所有已知的生物体内几乎都是相同的;此外,ATP合成酶的工作效率接近100%,这等效率在人造物上可是闻所未闻,让生化学家敬畏不已。谢恩说:「它是台非凡的机器。」

不过,冰虫稍稍改进了一下它们的机器:在制造ATP合成酶的DNA上出现了额外的片段。这项变更似乎有助于加入ATP合成酶制造ATP,为此谢恩表示:「就像台涡轮增压器一样呢。」

谢恩说,这种演化很难解释,不过冰虫可能偷了一大团科学家曾在高海拔真菌身上见过的遗传物质。若事实真是如此的话,这种「遗传窃盗」的现象就显得格外异常,因为一般而言,偷来的基因并不会并入负责制造ATP的粒线体内。

除了基因增加,冰虫还有一个变造过的细胞「控温器」,让细胞在寒冷的环境中也能生产ATP。综合这两项变异来看,意味着冰虫细胞中的ATP浓度比大多数生物要来的高,这有助于解释它们如何在酷寒中还保持活力。

朗格计画开拓其他理论来解释冰虫丰沛的活力。在冰虫身上充满了黑色素(melanin),而黑色素在人类身上,可以保护皮肤免于紫外线的伤害;但在冰虫身上,黑色素可是遍布全身,从大脑、肠道乃至于肌肉都有。有些研究认为,黑色素在某些情况下,或许能够拦截太阳辐射中的能量,而朗格怀疑这可能就发生在冰虫身上,并希望来测试看看这个想法。

虽说人们曾在西藏发现过另一个近似物种,但基本上冰虫除了生活在沿海的冰河上之外,世界其他地方都找不到它们身影;人们对它也几乎一无所知,固然冰虫可已在摄氏零度的环境中生存,但如果是更低于这个「甜蜜点」的酷寒,它们就无法忍受了。

吃与被吃

除了令人瞠目结舌的能量关系外,冰虫也是人们知之甚少的生态系一员。华盛顿州立大学的生物学家史考特.霍塔林(Scott Hotaling)解释道,冰虫与轮虫、水熊虫、藻类、真菌,以及其他微生物共存。它们甚至还是鸟类的食物呢。

霍塔林与同事已经观察到至少五种鸟类会吃冰虫,并表示在雷尼尔峰 (Mount Rainier)这样的地方,这种无脊椎动物是项相当重要的食物来源,诸如岭雀(rosy finch)就会大量捕食它们,并将冰虫喂给雏鸟。

鸟类或许也能解释这些小动物是怎么从一条冰河传播到另一座冰河的。谢恩说,不同地点的冰虫在遗传结构上有所差异,阿拉斯加的冰虫可能与太平洋西北部的冰虫是不同物种。

霍塔林的研究发现,活的冰虫除了可以藉由黏附在鸟类羽毛或是脚爪上来移动,也或许有些能从鸟类肠道中存活下来。例如,在温哥华岛 (Vancouver Island)上的一个冰虫族群,就与南阿拉斯加的一个族群亲缘关系相近,表明在最近可能曾有一只或数只冰虫被鸟带了过去。

不过能解开冰虫之谜的时间不多了。有些冰虫所在的冰河已经消失,比如在华盛顿州北喀斯喀特(North Cascades)的莱尔冰河(Lyall Glacier )和路易斯冰河(Lewis Glacier);其他冰河也正逐渐萎缩,好比位于雷尼尔峰南侧同为冰虫家园的尼斯夸利冰河(Nisqually Glacier),在2003至2015年间,平均每十天就后退90公分。

演化遗传学家乔安娜.凯利(Joanna Kelley)与霍塔林正致力于定序冰虫的基因体。这项任务相当困难,部分原因在于冰虫身上充满了黑色素,而它们会附着在DNA上干扰基因体定序技术运作。

两人希望能在为时已晚之前解开冰虫的其他秘密,霍塔林说:「我觉得我得加紧脚步研究这些动物了。」




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