马里亚纳狮子鱼:八千米深渊的海底精灵

图片 28.png

有人说,海洋是另一个太空。海洋覆盖着地球70以上的表面,平均深度约为3800米,而深于200米的深海则占总体积的93%,探索海洋深渊的生态地质等对地球生态、地震预报、生命起源等有重要作用。


在水生生物博物馆有这样一尾来自马里亚纳海沟7415米深处的的“明星标本”斯威瑞拟狮子鱼Pseudoliparis swirei ,又名马里亚纳狮子鱼),由中国科学院深渊科考队采集,它既是目前发现的下潜深度最深的鱼类,同时又因外形优雅,一改人们对于深海鱼“反正谁也看不见谁,就随便长长”的印象,吸引了很多参观者的兴趣。


图片 39.png

水生生物博物馆陈列的斯威瑞拟狮子鱼标本

隶属拟狮子鱼属(Pseudoliparis

海洋的最深处----神秘的马里亚纳海沟

马里亚纳海沟Mariana Trench地处西北太平洋的海床,位于关岛和北马里亚纳群岛东部,是地球表面一道狭窄的裂缝,大部分深度超过8000米,最深处更达11,034,相当于把整个珠穆朗玛峰填进去还有两千多米才到达海面,被称作除南北两极、珠峰外,地球的“第四级”,是所有深海探索者心中的圣地。

相比于太空探索,深海的探索也有很多需要攻克的难题,如压强(深海每下降10米,压力增加一个大气压),每下沉一米对于密闭的舱体材料和接缝结构都是巨大的考验、信号传输(电磁波传播距离有限,声呐速度有限且受温度盐分的影响)、海底供能问题等。

图片 40.png

马里亚纳海沟示意图

图源 Wikimedia Commons

曾经人们一度以为深海条件不适合生命存在,科考潜艇的开发在第一次世界大战后才得以实现,而对马里亚纳海沟的探索更是到1960年才真正拉开序幕。

2014年和2017对马里亚纳海沟探索过程中,研究人员在八千余米深处发现并确认了一种新的狮子鱼科鱼类,也是目前已知下潜深度最深的鱼类,为了肯定广泛的科学合作带来的成果,科学家们将这种新发现的鱼类以首次发现马里亚纳海沟的探险队中的一名水手的名字赫伯特·斯威瑞Herbert Swire来命名,自此斯威瑞拟狮子鱼正式进入大众的视野。


图片 41.png

8718深度拍摄到的狮子鱼,镜头中鱼骨为被深海生物啃食干净的诱饵

名副其实的“颜值担当”

当然“因为看不见就随便长长”只是如今对深海鱼最常见的玩笑话,在高压、缺氧、不见天日、缺少食物的极端环境,它们特化出了独特的性状以适应艰难的生活,如尖牙和大嘴能极大提高捕食效率。

图片 42.png

kuiChauliodus sloani)垂直分布约500-2500

身上有连续发光器其口可张开至120


图片 43.png


外形“科幻”的巨银斧鱼Argyropelecus gigas


栖息深度300-1000

能够控制自身生物荧光使之匹配海水中的光线实现“隐身”


图片 44.png

鮟鱇Anglerfish)前背鳍演化成发光钓竿吸引小生物成为它们的食物

雌性鮟鱇鱼比雄性大数十倍至数百倍,雄成熟后除精巢外身体器官会逐渐消失,变成雌鱼身上的一个肉突

图源 Wikimedia Commons

相比之下,狮子鱼就“眉清目秀”多了,它们身体呈白色半透明,没有鳞片、尖利的牙齿和庞大的身躯,鳗鱼一样的尾巴和翅膀一样宽大伸展的鱼鳍在游动的时候仿佛少女的裙摆。在狮子鱼生活的水域,6000米以下被称作超深渊带在这里几乎已经没有天敌形象地说,在这里每个指甲盖大的地方所承受的压力都相当于一头大象的重量,此外它们必须与完全的黑暗、接近冰点的温度和巨大的水压作对抗


图片 8.png

图源 网络


图片 17.png.

“裙袂飘飘”的狮子鱼被诱饵吸引

“以柔化刚”¾小身躯里的大智慧

面对8000米以下深海的巨大压力,马里亚纳狮子鱼是如何进行对抗的呢?

深海的巨大压力对于大多数动物来说都是一个挑战,狮子鱼的应对策略和很多深海鱼一样,并非是“硬扛”,而是通过调节自身的构造,使身体内外压力实现平衡从而获得生存。


图片 45.png

从深海中捕获的细鳞壮鳕Albatrossia pectoralis)因体外压力骤降导致膨胀的内脏突入口腔

图源 Wikimedia Commons

首先,深海鱼无法像浅海鱼那样利用鱼鳔调节浮力,它们转而依靠某些脂类提供浮力,同时为了降低身体密度,它们通常拥有细小的骨骼、较少的肌肉组织,且身体含水量很高,肉质很像果冻。


图片 46.png

从日本海沟7700米处捕捞狮子鱼

另外,研究人员发现,深海鱼细胞膜富含不饱和脂肪酸,更软更具流动性,此外,深海生物内含有大量氧化三甲胺TMAO),这一物质可以帮助阻止蛋白质扭曲,但是当深度超过8200米后,TMAO也无能为力,目前来看这一深度应该是鱼类的生存极限。

仅仅是这些当然还不够,在对马里亚纳狮子鱼基因组的研究中,我国深渊科考队发现,其骨骼的钙化过程因相关基因的突变而提前终止,导致身体骨骼非常薄且包括头骨在内没有一个封闭的空腔,同时,一些细胞膜和蛋白质稳定有关的基因也发生了特异性突变,更加增强了狮子鱼在分子层面的抗压能力。


图片 47.png

“自然之智”与“科技之慧”¾仿生机器鱼的诞生

受马里亚纳狮子鱼的启发,浙大李铁风教授团队将自然的智慧运用到科技的探索中,仿生软体机器鱼成功问世。该机器鱼拥有翅膀状的柔性胸鳍,并以软体人工肌肉来驱动,而一些硬质器件如控制电路、电池等则被融入凝胶状的软体机身中,这些设计可以承受万米级别的深海静水压力。

大量实验证实,机器鱼在深海、极地等恶劣及特种环境下都具有较好的应用前景,也许,当某天仿生机器鱼的技术完全成熟,能够独立应用于深海作业的复杂场景中时,马里亚纳狮子鱼---这个海底深渊处的鱼类精灵再也不会孤单了。


图片 48.png

仿生狮子鱼软体机器鱼