研究人員首次在俄羅斯北極白海生物觀測站附近的雪地里遇到了能發(fā)出明亮藍色光的海洋橈足類。

攝影：ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

撰文：ELIZABETH ANNE BROWN

在俄羅斯高緯度的北極地區(qū)，生物學家Vera Emelianenko從白海沿岸一個偏遠的野外生物觀測站出發(fā)，在12月寒冷的夜晚散步。與她一起的是該站分子生物學家的兒子Mikhail Neretin，還有一只巨大的雪納瑞犬和愛爾蘭軟毛梗。

Neretin在北極地區(qū)的狂風中沿著潮汐帶結(jié)冰的堤壩跋涉時，在雪堆中發(fā)現(xiàn)了藍色的亮晶晶的東西。是父親的手機掉了嗎？

當他們走過去一探究竟時，他們的腳印連成了一道飄渺的的藍色的線。Emelianenko說：“它們就像雪地里的藍色圣誕燈?！?/p>

夜間被科學家的腳步驚擾時，這些浮游生物開始發(fā)光。攝影：ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

她彎下腰挖起一把雪。輕輕地擠壓，雪球發(fā)出更明亮的光芒。狗在前面奔跑，留下了一條發(fā)光的小徑，好像北極光已經(jīng)從天空滲到了雪地里。

在收到一連串的電話和照片后，該觀測站的生物學家和俄羅斯各地的一群海洋科學家都在為這一發(fā)現(xiàn)而激動不已。Emelianenko和Neretin帶站里的攝影師Alexander Semenov出去記錄“發(fā)光的雪”。Semenov說，為了讓那些斑點閃閃發(fā)光，“我們在雪地里一起踩了大約兩個小時”。

第二天，Emelianenko在立體顯微鏡下觀察了一個發(fā)光的雪球，試圖識別那些有生物發(fā)光的小東西。等待冰融化時，她用針戳了那些微小的碎屑，卻沒發(fā)現(xiàn)什么。但后來她在裝著融雪的培養(yǎng)皿中發(fā)現(xiàn)了一些橈足類動物，是一種微小的水生甲殼類動物。當她戳它們時，這些小東西閃出淡淡的藍色光芒。

這可能是對北極地區(qū)發(fā)光的雪的第一個解釋。多年來，研究人員偶爾會觀察到閃閃發(fā)光的雪，但都沒有進行過嚴格的考證。

橈足類生物的生命史

橈足類生物是一種微小的甲殼類動物，只有幾毫米長，大約相當于幾粒沙子排在一起的大小。蒙特雷灣水族館研究所研究深海浮游動物的海洋生物學家Steven Haddock解釋說：“它們是海洋中的蟲子。個頭小，數(shù)量多，是很多海洋生物的食物?！?/p>

雖然關(guān)于橈足類生物沒什么新聞，它們也不具有太多文化代表性（海綿寶寶中的痞老板除外），但據(jù)估計，它們在海洋中占生物量的多數(shù)。它們無法自己游動，只能隨波逐流。這種特殊的橈足類動物——Metridia longa，從加拿大哈德遜海峽到緬因州的水域都有出現(xiàn)，散布在北冰洋里。

莫斯科俄羅斯科學院北極海洋浮游動物專家Ksenia Kosobokova說，即便如此，Metridia在白海沿岸也沒有太大作用。Kosobokova解釋說，它們通常在更遠的海洋中被發(fā)現(xiàn)，白天隨水流遷移到24-93米的深處，在黑暗的夜晚（冬天大部分時間是這樣）上升到離海面幾米的地方。

Kosobokova說，橈足類動物一定是被強流卷住了。白海上漲的潮水每天有兩次沖上海岸，冰冷海水和水里的東西都會從冰雪的裂縫中流過。對于橈足類動物這種無法自己游動的生物來說，它們無處可逃。

可能第一次看到發(fā)光的雪的那天（12月1日）幾乎是新月，而且距離2021年最近的近地點還有三天，當時月球離地球最近。這使得潮汐更強烈。但12月16日，工作人員們第二次見到了發(fā)光的雪，這表明：可能不需要一年一度的月運周期就能為“發(fā)光的雪”創(chuàng)造條件。

橈足類動物如何發(fā)光

大多數(shù)生物發(fā)光是在氧化一種名為熒光素的小能量儲存分子時產(chǎn)生的。熒光素本身會穩(wěn)定產(chǎn)生非常微弱的光澤。但熒光素與熒光素酶相結(jié)合時，反應加劇，光芒就會更加閃亮。

Haddock解釋說：“橈足類動物身體里有兩個分子，一個是發(fā)光器和一個是催化劑?！睂τ谝恍镒泐悇游飦碚f，熒光素和熒光素酶在身體內(nèi)部反應，但Meridian longa的頭部和身體上都有腺體，可以發(fā)出光芒?！八鼈儠瑫r射出這兩個分子，并在水中形成一點光?！?/p>

科學家認為，Metridia和其他橈足類動物將生物發(fā)光作為防御手段。加州大學圣巴巴拉分校進化生態(tài)學和海洋生物學教授Todd Oakley說:“一種看法是，光芒可能會嚇到捕食者，它們就會把吃進嘴里的橈足類動物吐出來，” 或是分散捕食者的注意力，留出足夠的時間讓橈足類動物逃跑。

幽靈鬼火

Kosobokova推測，棲息在雪中的橈足類動物正在死亡，但還沒完全死掉——畢竟，北極的浮游生物很適應冰冷的氣溫。但研究生物發(fā)光的專家表示，它們很可能已經(jīng)死了——這使得它們的藍色光芒有點像鬼火。

就像許多笨手笨腳的孩子們悲傷地發(fā)現(xiàn)，如果不小心擠壓了死掉的螢火蟲，它們?nèi)匀粫l(fā)光。

Haddock補充說：“在我們的科學標本上這種事也時有發(fā)生。如果你收集了一個生物體，把它放在冰箱里供以后研究。然后，當你把它拿出來時，它會慢慢開始發(fā)光——它們體內(nèi)的化學物質(zhì)仍然能夠反應?！?/p>

加州大學洛杉磯分校的研究生Emily Lau研究魚類和橈足類甲殼生物的表親——介形亞綱動物，研究它們生物發(fā)光的化學機制。它們看起來像有眼球的芝麻。她說：“人們可以把它們曬干，它們死后你在水中把它們碾碎，它們同樣會發(fā)光?！?/p>

Lau說：“只要存在小分子熒光素，就會產(chǎn)生生物發(fā)光?！?/p>

研究極夜和北極海洋生態(tài)系統(tǒng)的挪威北極大學教授J?rgen Berge表示，現(xiàn)在認為”雪地燈光秀”是橈足類動物的功勞可能還為時過早。Berge在挪威群島斯瓦爾巴海岸的雪地上觀察到了類似的沉積物，他認為二藻酸鹽塊可能是更好的解釋，這些藻類也是生物發(fā)光的單細胞藻類（盡管他尚未檢測這些斑點來識別它們的成分）。

雙鞭毛蟲門生物是許多壯觀的海洋生物”發(fā)光秀”的主力演員——比如波多黎各的“磷光海灣”，那里的游客可以用發(fā)光的水打水仗；再比如，加州海岸的海豚一躍而起，能拋出空靈發(fā)光的水線。

Berge 解釋說：“人的注意力很容易集中在‘樣本中’較大的生物上。” 但是在樣本中識別出一種能夠生物發(fā)光的生物并不意味著另一個不太明顯的生物就不發(fā)光。 然而，Berge 也認為，即使是雙鞭毛蟲門生物在發(fā)光，這些光芒也太亮了。

也許最令人驚訝的是，在一個活躍了80多年的生物觀測站，之前從未看到過發(fā)光的雪——只有24歲的Emelianenko和18歲的Neretin發(fā)現(xiàn)。Kosobokova說，這可能是因為大多數(shù)人不會在十二月的北極夜晚出門散步。“我們這里也有熊和狼，”Semenov補充道。

但年輕的生物學家敏銳的眼睛和對寒冷的耐受力得到了回報。Haddock說:“如果你有一顆孩童般的好奇心，就會發(fā)現(xiàn)很多神秘的事?！?/p>

Semenov表示同意。“你不會希望美就在你的眼前，而你卻意識不到吧。”

（譯者：七〇）