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你见过会夜晚发光的海豚吗？

中国科普博览 2020-05-06 浏览75次

你见过会发光的海豚？

这不是开玩笑，美国加利福尼亚州摄影师Patrick Coyne 就看到了发光的海豚。夜里，几条发着幽幽蓝光的海豚在漆黑的海面下，穿行而过，就像梦里才有的场景一样。

甲藻引发的神奇现象

之所以海豚会发光，是因为海豚在游动的时候，穿过了一片有甲藻的浅海，扰动激发了甲藻的发光。

甲藻（dinoflagellates），是一种大型的单细胞生物，直径在0.2-2.0毫米之间。下图是一种名为夜光藻（Noctiluca scintillans）的甲藻，顾名思义，是一种可以发出荧光的甲藻。

△夜光藻图源：Wikipedia

不过它的定位比较奇怪，虽然名字里有个藻字，但它却不是植物，介于动物和植物之间。因为它的繁殖方式和藻类很像，而生活习性又和原生动物很像，所以又叫双鞭毛虫。

但并不是所有的甲藻都可以发光，只有少数的甲藻物种是具有发光能力的。比如上面说的夜光藻就是可以发光的。经过科学家的研究，目前已确认的具有发光能力的甲藻总计67种。会发光的甲藻集中于亚历山大藻属(Alexandrium)、角藻属(Ceratium)、膝沟藻属(Gonyaulax)、原多甲藻属(Protoperidinium)和梨甲藻属(Pyrocystis)等。

甲藻是如何发光的？

甲藻的发光是由细胞内的闪光体(Scintillons)产生的，闪光体是甲藻细胞内的一种嵌套于细胞液泡膜上的细胞器, 直径约0.5 μm。它的内部含有荧光素、荧光素酶以及荧光素结合蛋白。

△闪光体图源：Wikipedia

这个器官平时是不会发光的，只有在甲藻被扰动的时候，闪光体才会发光。

一旦出现扰动，就会使液泡膜和闪光体膜产生动作电位，动作电位的产生导致闪光体内的pH降低，从而激活了荧光素酶。

△荧光素分子结构式图源：Wikipedia

在荧光素酶的作用下，闪光体内的荧光素和氧气结合并氧化，最终产生波长为474——476 nm的电磁波，这个区间的电磁波是淡蓝色的可见光（见下图）。

△400nm-480nm之间为短波蓝光，可见光波长范围图源：Wikipedia

当大片的甲藻因为物理扰动而发光的时候，神奇的现象就发生了。

△因夜光藻发光而变成荧光海滩图源：flick

△荧光海域图源：Wikipedia commons

这种现象并不长久，一旦海域安静下来，少了扰动，荧光就会黯淡消失。正是因为海豚游动的时候，扰动了甲藻，所以海豚游过的地方甲藻开始发光，而一旦游过了这个地方，甲藻就停止发光，持续时间大约100毫秒左右。当海豚游动的速度变快起来，给人感觉像海豚自己发光一样。

也正是因为这种美丽是短暂的，才让发光海豚变得如此罕见。

一些甲藻为什么要发光呢？

对于大多数生物来说，发光是一种大量消耗能量的行为，而且会吸引捕食它的动物，如此费力不讨好的事（这也是为什么大部分甲藻不会发光的原因），为什么一些甲藻偏偏就会发光呢？

科学家推测有两种因素促使一些甲藻进化出了发光的能力。

第一种认为：发光是报警行为。吃甲藻的一般都是低级的浮游生物，一旦浮游生物游到甲藻旁，扰动了甲藻，甲藻就开始发光报警。这种信号会传递给高级的捕食者，它们一看到光，就会顺着游过来，"帮"甲藻把那些浮游生物吃了。相关的发现佐证了这一揣测。比如，有科学家发现，当海洋中存在发光甲藻时，相对于仅有不发光甲藻的情况，硬骨鱼对糠虾的摄食效率大幅提升。

△糠虾图源：Wikipedia

第二种认为：发光是恐吓行为。发光可以把那些吃它们的浮游生物吓跑。当然，支持这一推测的研究也不少，比如有科学家发现，太平洋哲镖溞(Calanus pacificus，一种浮游生物)的摄食效率会随着甲藻物种发光能力的增强而降低。

△太平洋哲镖溞图源：scripps institution

具体是哪一种还有待进一步研究，也许两种推测都是对的呢，这也很难说。

美丽背后的危险

荧光海虽然给人如梦似幻的感觉，让人忍不住去寻找这样的地方去打卡，但其实却是一种环境污染的警报。因为甲藻不仅是海洋发光生物，也是沿岸水域中主要的赤潮生物之一。

赤潮是指海洋水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌，在一定的环境条件下突发性增殖和聚集，引发一定范围和一段时间内水体变色现象。这往往是因为海洋中养分太多了（也被成为富营养化），吃的东西多了，自然繁殖得厉害了。

△美国加州外海的赤潮图源：Wikipedia

赤潮一旦出现，海水中高密度的赤潮生物覆盖或粘附在海洋动物的呼吸器官上，造成海洋动物呼吸困难和窒息死亡。同样，由于齿槽生物的呼吸作用，大量消耗海水中的溶解氧，使水体严重缺氧，导致海洋生物死亡。

如果海区出现富营养化状况，各类浮游植物类群如硅藻、甲藻生物量增加的同时，往往也伴随着一些发光甲藻物种生物量的增加。所以，如果发光甲藻多了，可视为一种赤潮前的预警。

另外，目前已知的发光甲藻物种中，很多是可以产生毒素的，也就是说一旦大量繁殖，形成赤潮，可不只是造成海洋生物窒息了，还会造成海洋生物中毒。

发光甲藻，真是一种美丽而危险的生物。

参考文献

Haddock S H D, Moline M A, Case J F. Bioluminescence in the sea[J]. Annual Review of Marine Science, 2010, 2: 443-493. DOI:10.1146/annurev-marine-120308-081028

郭术津, 孙晓霞. 海洋发光甲藻研究进展[J]. 海洋科学, 2018, 42(7): 148-157.

http://www.xinhuanet.com/science/2018-07/29/c_137355152.htm

https://en.wikipedia.org/wiki/Noctiluca_scintillans：

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E8%A7%81%E5%85%89

https://scripps.ucsd.edu/zooplanktonguide/species/calanus-pacificus

https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%B5%A4%E6%BD%AE

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