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每当春夏繁殖季节,雌雄鲎便结为夫妻,成双结对爬到沙滩上掘穴产卵。此时若捉住雌鲎,“痴情”的雄鲎决不松手。如果捉住雄鲎,它往往即刻放开妻子,意犹“快逃命吧”,宁愿牺牲自己。雌鲎则全然不顾“夫妻恩爱”,溜之大吉……
夏天的傍晚,在北部湾的海滩上常看到脸盆大小的圆“蟹”驮着另一只较小的同伴蹒跚而行。它那“蟹壳”如瓢如盔,青褐色,身后拖着的尾巴如出鞘的剑,晃来晃去,而且其状怪异,行为诡秘,因此在《本草纲目》中被称为“鬼鲎”。其实,这是一对鲎夫妻,它们正在寻找称心如意的“产房”,以便让儿女们出世后能够茁壮成长。鬼鲎之所以行为诡秘,是因为其中隐藏着许多“高科技”的绝技,其水平甚至够上诺贝尔奖,令人叹为观止。
四眼怪物
鲎眼的精细结构及其原理就与诺贝尔奖结缘。
美国科学家、洛克菲勒大学的凯弗·哈特兰教授1931年开始研究鲎眼的单根视神经纤维和感受器,他又于1954年研究了鲎眼感受器的侧抑制性及其相互作用,成绩卓越,1967年终因对鲎视觉的研究取得重大成果而荣获“诺贝尔医学或生理学奖”。
现在我们知道,鬼鲎有四只眼睛并且各司其职,是地球上名副其实的“四眼怪”。其头胸甲的前端有直径不足半毫米的两只小眼。这对眼睛小是小,但对紫外光非常敏感,可谓“紫外线传感器”,被用来感知亮度、辨别身处阴暗的早晨还是月光朦胧之夜,弥足珍贵。
在鬼鲎头胸甲的两侧则有一对复眼。在光学或电子扫描显微镜下,可以发现复眼的超微精细结构。原来,复眼的外形呈半球形,表面覆盖着角膜层,由800~1200个小单眼组成。每个小单眼都是椭圆形,有角膜、晶锥、色素细胞、视杆、视网膜细胞等部分,是一个独立的感光单位。每8个小视网膜细胞又排列成桔瓣状结构,其精细程度堪称世间一绝,令人惊叹不已。
哈特兰发现,鲎的复眼能形成一种侧抑制网络,使物体的图像更加清晰。其原理是,图像会因随机媒质的干扰而变模糊,侧抑制网络具有提高图像的反差和光信号的信噪比的作用,还能矫正复眼的屈光系统,因而提高了图像的清晰度。也就是说,在光线强时,斜射的光被色素细胞吸收,只有直射光射到视杆,被视神经所感受,从而形成一个像点。诸多像点组合在一起,就形成一幅高清晰的图像。而在光线弱时,则色素细胞收缩;除直射光外,每个单眼内的视杆同时感受相邻单眼折射而来的光线,因而也能构成清晰的图像。这一原理被应用于电视机和雷达技术中,大大提高了电视图像的清晰度和雷达的灵敏度。
鬼鲎们辨识心仪的恋人或天敌决不会出错。因为其复眼还是一种精确制导信息处理系统,能够自动识别目标。仿照鲎的复眼,科学家又研究出了一种多模复合制导技术,用于军事上打击目标,精确度极高。
蓝血精灵
众所周知,人血是红的,是因为血红蛋白的存在。血红蛋白是一种复合蛋白,由血红素和珠蛋白结合而成。血红素中含有二价铁离子Fe2 ,二价铁是红的,与氧结合时形成鲜红的氧合血红蛋白,血自然就红了。
但是,血未必都是红的。鬼鲎的血就是蓝的!
那么,我们可以类比一下,鲎血之所以是蓝的,是否因为血蓝蛋白的存在呢?答案是肯定的。
血蓝蛋白是动物界中又一种呼吸蛋白,含有两个直接连接多肽链的铜离子。它易于与氧结合,也易于与氧解离,是已知的唯一可与氧可逆结合的铜蛋白。其中,铜以二价离子形式Cu2 与蛋白结合。在电子显微镜下,血蓝蛋白分子呈环形、五角形、十字形和蝴蝶结形等构型。它在氧合状态下为蓝色,因此鲎血是蓝的;而在脱氧状态下,鲎血则为无色升白色。
已知动物界中只有三种呼吸蛋白:血红蛋白、蚯蚓血红蛋白和血蓝蛋白,后者尤为独特。
鲎血的血蓝蛋白由六聚体组成,每个亚单位含有一个氧合中心。血蓝蛋白的主要功能首先是输送氧气。但是,它不仅有输氧功能,而且与能量的贮存、渗透压的维持以及鲎蜕皮过程的调节有关。另外,它还具有酚氧化物酶活性,是一种重要的免疫分子,具有多种免疫功能。
血蓝蛋白具有广谱抗病毒、细菌和真菌的功能,而且抗毒机理独特。这一点尤为宝贵,它极有可能成为抗菌、抗病毒及抗肿瘤药物的新来源。
人血中不同的细胞分工明确,比如白细胞吞噬病原体、红细胞输送氧气等等。鲎的血细胞比较原始,只有变形细胞一种,但功能多样。当病菌的毒素入侵时,变形细胞即刻释放出一种凝固蛋白,将毒素一起凝固。此法虽简陋,却行之有效。人类因此从鲎血中提取鲎试剂,用于疫苗、注射液、饮料、奶制品等药物或食品中是否含有内毒素的检测,快速而准确,甚至还被送上外太空,用以侦测有机体。这是鬼鲎的一大贡献。
妇唱夫随
有一句成语,叫“夫唱妇随”,常用以指夫妻和睦。
鬼鲎却反其道而行之:妇唱夫随。每当春夏繁殖季节,雌雄鲎便结为夫妻,形影不离。即雄鲎以弯钩状的第二对附肢(抱接器)抱住雌鲎,肥大的雌鲎便驮着瘦小的丈夫蹒跚而行,成双结对地爬到沙滩上掘穴产卵。此时若捉住雌鲎,“痴情”的雄鲎决不松手,一捉就是一对。如果硬将它们分离,只带走雌鲎,雄鲎则依然在原地寻找,不离不弃。如果捉住雄鲎,它往往即刻放开妻子,意犹“快逃命吧”,宁愿牺牲自己。雌鲎则全然不顾“夫妻恩爱”,溜之大吉。有人将鲎称为“海底鸳鸯”,差矣!那只是雄鲎一厢情愿而已,妇唱夫随才是真。
当然,我们也不能苛求于雌鲎,因为悠悠万事,惟繁衍为大。雄鲎被捉,可由其他雄鲎替而代之;雌鲎被捉,损失的却不止数千上万个后代。
鲎一生需要脱16余次皮、历经12年以上的漫长岁月,才能生儿育女,实属不易。如此说来,雌鲎的行为系进化论使然,逃之夭夭也无可厚非。而且雌鲎产下的卵,又有大量的被鲎的天敌——红腹滨鹬等享用。
在美国东部的伍兹霍尔海滩和特拉华湾海滩上,每当鲎的繁殖季节,鲎们还没有从海里爬上岸,大批的红腹滨鹬早就如期而至,焦急地等待着大餐的到来。试想如果没有大批鲎卵的滋补,红腹滨鹬能完成从南美洲最南端到北极的艰苦迁徙吗?
雄鲎多于雌鲎时,实行一妻多夫制:多个雄鲎伴随一个雌鲎。雌鲎在沙滩上用第六对附肢挖若干浅坑,每坑中产卵二三百枚,背上的丈夫或追随者随即用精液将卵覆盖。数周后幼体即从卵中孵出。
世人看到雄鲎总是紧紧抱住雌鲎,便以为它们实在是些“大色鬼”,似乎长时间在交配。其实又错了,那不过是一种假交配行为——它们是在做体外受精,根本无须交配。它们热情地抱在一起,一是图个默契,二是图个及时,即雌鲎产卵之后,雄鲎“趁热”撒上精液,使卵宝宝早早受精。之后潮水来了,立刻被泥沙埋没,滨鹬们也因之奈何不得了。
活化石
2008年,加拿大科学家在马尼托加巴湖岸的奥陶纪地层中发现了世界上最古老的鲎化石。这些化石包括古鲎的外壳碎片和复合眼,与它们的现代同类很相似。这说明早在5亿年前,鲎就这般怪模怪样地生活在地球上了。
加拿大安大略省皇家博物馆的研究员大卫·鲁德说:“我们并不期望古鲎与现代鲎很相似,然而它们却真的很相似。事实上,鲎从远古以来,在历史长河中并没有多大改变。”因此,可以说鲎是地球上不多见的宝贵活化石之一。
了解鬼鲎如何自我调节以适应环境,有助于深入研究海洋以及整个地球的生态系统。可以猜想:一方面近五亿年来尽管地球经历了造山运动、海侵海退、冰川广布、小行星撞击、地震海啸等沧桑巨变,但就总体而言,与上古时代及至地球形成的早期相比,海洋已经相对稳定了。鬼鲎们尚能容忍便得过且过,即便有不少鲎在灾难中牺牲了,也还是有很多活了下来。
另一方面,鲎的祖先可能长久生活在变化剧烈的海洋环境中。那时候,海水的温度、盐度和食物以及潮间带等都在发生急剧的变化,所谓“适者生存”,因而也就迫使它们练就了一身适应这种环境变化的诡异绝技,以至一劳永逸,以不变应万变。
陈了上述“高技术”绝技,鬼鲎还有以下诡异小技:
两栖书鳃 鬼鲎的后五对条板状附肢的外肢节内侧,有血管密布的150~200页薄板状书鳃,靠着它,鲎既可在水中呼吸,也可在陆上潮湿处吸收氧气。因而,它们在陆地上生活一周以上依然健康。
游步皆可 鬼鲎可以背朝下拍动书鳃游泳,如船形,是为“鲎帆”。但它更喜欢钻进泥沙或在陆上以步足爬行。如果不幸在硬地上摔个跟头底朝天了,还可以用剑尾撑地将身体支个夹角,啪地翻过来。如此啪啪地不断翻转,竟可逃离干涸地带。
超耐饥饿 鬼鲎的食性广泛,含软体、环节或腕足动物、蠕虫以及海葵、海藻等等,甚至泥沙中的有机“杂碎”皆可充饥。必要时,成年鲎会来个“辟谷”,连续绝食十个月也饿不死它。
自保无虞 鲎肉口感较差,食用后又有过敏和中毒性休克等危险,所以一直来为人类和许多动物所不齿。《本草纲目》里早有记载:“鬼鲎,食之害人。”鲎的外壳坚硬如盔甲,也令其他动物望而生畏。鲎的天敌很少,因而能自保无虞。
总之,不管你沧海桑田也好,万般进化也罢,纵然古猿变成了人,鬼鲎以其“高技术”绝技,依然我行我素。它的遗传基因表现了高度的保守性。如此这般,倏忽就是五亿年!
夏天的傍晚,在北部湾的海滩上常看到脸盆大小的圆“蟹”驮着另一只较小的同伴蹒跚而行。它那“蟹壳”如瓢如盔,青褐色,身后拖着的尾巴如出鞘的剑,晃来晃去,而且其状怪异,行为诡秘,因此在《本草纲目》中被称为“鬼鲎”。其实,这是一对鲎夫妻,它们正在寻找称心如意的“产房”,以便让儿女们出世后能够茁壮成长。鬼鲎之所以行为诡秘,是因为其中隐藏着许多“高科技”的绝技,其水平甚至够上诺贝尔奖,令人叹为观止。
四眼怪物
鲎眼的精细结构及其原理就与诺贝尔奖结缘。
美国科学家、洛克菲勒大学的凯弗·哈特兰教授1931年开始研究鲎眼的单根视神经纤维和感受器,他又于1954年研究了鲎眼感受器的侧抑制性及其相互作用,成绩卓越,1967年终因对鲎视觉的研究取得重大成果而荣获“诺贝尔医学或生理学奖”。
现在我们知道,鬼鲎有四只眼睛并且各司其职,是地球上名副其实的“四眼怪”。其头胸甲的前端有直径不足半毫米的两只小眼。这对眼睛小是小,但对紫外光非常敏感,可谓“紫外线传感器”,被用来感知亮度、辨别身处阴暗的早晨还是月光朦胧之夜,弥足珍贵。
在鬼鲎头胸甲的两侧则有一对复眼。在光学或电子扫描显微镜下,可以发现复眼的超微精细结构。原来,复眼的外形呈半球形,表面覆盖着角膜层,由800~1200个小单眼组成。每个小单眼都是椭圆形,有角膜、晶锥、色素细胞、视杆、视网膜细胞等部分,是一个独立的感光单位。每8个小视网膜细胞又排列成桔瓣状结构,其精细程度堪称世间一绝,令人惊叹不已。
哈特兰发现,鲎的复眼能形成一种侧抑制网络,使物体的图像更加清晰。其原理是,图像会因随机媒质的干扰而变模糊,侧抑制网络具有提高图像的反差和光信号的信噪比的作用,还能矫正复眼的屈光系统,因而提高了图像的清晰度。也就是说,在光线强时,斜射的光被色素细胞吸收,只有直射光射到视杆,被视神经所感受,从而形成一个像点。诸多像点组合在一起,就形成一幅高清晰的图像。而在光线弱时,则色素细胞收缩;除直射光外,每个单眼内的视杆同时感受相邻单眼折射而来的光线,因而也能构成清晰的图像。这一原理被应用于电视机和雷达技术中,大大提高了电视图像的清晰度和雷达的灵敏度。
鬼鲎们辨识心仪的恋人或天敌决不会出错。因为其复眼还是一种精确制导信息处理系统,能够自动识别目标。仿照鲎的复眼,科学家又研究出了一种多模复合制导技术,用于军事上打击目标,精确度极高。
蓝血精灵
众所周知,人血是红的,是因为血红蛋白的存在。血红蛋白是一种复合蛋白,由血红素和珠蛋白结合而成。血红素中含有二价铁离子Fe2 ,二价铁是红的,与氧结合时形成鲜红的氧合血红蛋白,血自然就红了。
但是,血未必都是红的。鬼鲎的血就是蓝的!
那么,我们可以类比一下,鲎血之所以是蓝的,是否因为血蓝蛋白的存在呢?答案是肯定的。
血蓝蛋白是动物界中又一种呼吸蛋白,含有两个直接连接多肽链的铜离子。它易于与氧结合,也易于与氧解离,是已知的唯一可与氧可逆结合的铜蛋白。其中,铜以二价离子形式Cu2 与蛋白结合。在电子显微镜下,血蓝蛋白分子呈环形、五角形、十字形和蝴蝶结形等构型。它在氧合状态下为蓝色,因此鲎血是蓝的;而在脱氧状态下,鲎血则为无色升白色。
已知动物界中只有三种呼吸蛋白:血红蛋白、蚯蚓血红蛋白和血蓝蛋白,后者尤为独特。
鲎血的血蓝蛋白由六聚体组成,每个亚单位含有一个氧合中心。血蓝蛋白的主要功能首先是输送氧气。但是,它不仅有输氧功能,而且与能量的贮存、渗透压的维持以及鲎蜕皮过程的调节有关。另外,它还具有酚氧化物酶活性,是一种重要的免疫分子,具有多种免疫功能。
血蓝蛋白具有广谱抗病毒、细菌和真菌的功能,而且抗毒机理独特。这一点尤为宝贵,它极有可能成为抗菌、抗病毒及抗肿瘤药物的新来源。
人血中不同的细胞分工明确,比如白细胞吞噬病原体、红细胞输送氧气等等。鲎的血细胞比较原始,只有变形细胞一种,但功能多样。当病菌的毒素入侵时,变形细胞即刻释放出一种凝固蛋白,将毒素一起凝固。此法虽简陋,却行之有效。人类因此从鲎血中提取鲎试剂,用于疫苗、注射液、饮料、奶制品等药物或食品中是否含有内毒素的检测,快速而准确,甚至还被送上外太空,用以侦测有机体。这是鬼鲎的一大贡献。
妇唱夫随
有一句成语,叫“夫唱妇随”,常用以指夫妻和睦。
鬼鲎却反其道而行之:妇唱夫随。每当春夏繁殖季节,雌雄鲎便结为夫妻,形影不离。即雄鲎以弯钩状的第二对附肢(抱接器)抱住雌鲎,肥大的雌鲎便驮着瘦小的丈夫蹒跚而行,成双结对地爬到沙滩上掘穴产卵。此时若捉住雌鲎,“痴情”的雄鲎决不松手,一捉就是一对。如果硬将它们分离,只带走雌鲎,雄鲎则依然在原地寻找,不离不弃。如果捉住雄鲎,它往往即刻放开妻子,意犹“快逃命吧”,宁愿牺牲自己。雌鲎则全然不顾“夫妻恩爱”,溜之大吉。有人将鲎称为“海底鸳鸯”,差矣!那只是雄鲎一厢情愿而已,妇唱夫随才是真。
当然,我们也不能苛求于雌鲎,因为悠悠万事,惟繁衍为大。雄鲎被捉,可由其他雄鲎替而代之;雌鲎被捉,损失的却不止数千上万个后代。
鲎一生需要脱16余次皮、历经12年以上的漫长岁月,才能生儿育女,实属不易。如此说来,雌鲎的行为系进化论使然,逃之夭夭也无可厚非。而且雌鲎产下的卵,又有大量的被鲎的天敌——红腹滨鹬等享用。
在美国东部的伍兹霍尔海滩和特拉华湾海滩上,每当鲎的繁殖季节,鲎们还没有从海里爬上岸,大批的红腹滨鹬早就如期而至,焦急地等待着大餐的到来。试想如果没有大批鲎卵的滋补,红腹滨鹬能完成从南美洲最南端到北极的艰苦迁徙吗?
雄鲎多于雌鲎时,实行一妻多夫制:多个雄鲎伴随一个雌鲎。雌鲎在沙滩上用第六对附肢挖若干浅坑,每坑中产卵二三百枚,背上的丈夫或追随者随即用精液将卵覆盖。数周后幼体即从卵中孵出。
世人看到雄鲎总是紧紧抱住雌鲎,便以为它们实在是些“大色鬼”,似乎长时间在交配。其实又错了,那不过是一种假交配行为——它们是在做体外受精,根本无须交配。它们热情地抱在一起,一是图个默契,二是图个及时,即雌鲎产卵之后,雄鲎“趁热”撒上精液,使卵宝宝早早受精。之后潮水来了,立刻被泥沙埋没,滨鹬们也因之奈何不得了。
活化石
2008年,加拿大科学家在马尼托加巴湖岸的奥陶纪地层中发现了世界上最古老的鲎化石。这些化石包括古鲎的外壳碎片和复合眼,与它们的现代同类很相似。这说明早在5亿年前,鲎就这般怪模怪样地生活在地球上了。
加拿大安大略省皇家博物馆的研究员大卫·鲁德说:“我们并不期望古鲎与现代鲎很相似,然而它们却真的很相似。事实上,鲎从远古以来,在历史长河中并没有多大改变。”因此,可以说鲎是地球上不多见的宝贵活化石之一。
了解鬼鲎如何自我调节以适应环境,有助于深入研究海洋以及整个地球的生态系统。可以猜想:一方面近五亿年来尽管地球经历了造山运动、海侵海退、冰川广布、小行星撞击、地震海啸等沧桑巨变,但就总体而言,与上古时代及至地球形成的早期相比,海洋已经相对稳定了。鬼鲎们尚能容忍便得过且过,即便有不少鲎在灾难中牺牲了,也还是有很多活了下来。
另一方面,鲎的祖先可能长久生活在变化剧烈的海洋环境中。那时候,海水的温度、盐度和食物以及潮间带等都在发生急剧的变化,所谓“适者生存”,因而也就迫使它们练就了一身适应这种环境变化的诡异绝技,以至一劳永逸,以不变应万变。
陈了上述“高技术”绝技,鬼鲎还有以下诡异小技:
两栖书鳃 鬼鲎的后五对条板状附肢的外肢节内侧,有血管密布的150~200页薄板状书鳃,靠着它,鲎既可在水中呼吸,也可在陆上潮湿处吸收氧气。因而,它们在陆地上生活一周以上依然健康。
游步皆可 鬼鲎可以背朝下拍动书鳃游泳,如船形,是为“鲎帆”。但它更喜欢钻进泥沙或在陆上以步足爬行。如果不幸在硬地上摔个跟头底朝天了,还可以用剑尾撑地将身体支个夹角,啪地翻过来。如此啪啪地不断翻转,竟可逃离干涸地带。
超耐饥饿 鬼鲎的食性广泛,含软体、环节或腕足动物、蠕虫以及海葵、海藻等等,甚至泥沙中的有机“杂碎”皆可充饥。必要时,成年鲎会来个“辟谷”,连续绝食十个月也饿不死它。
自保无虞 鲎肉口感较差,食用后又有过敏和中毒性休克等危险,所以一直来为人类和许多动物所不齿。《本草纲目》里早有记载:“鬼鲎,食之害人。”鲎的外壳坚硬如盔甲,也令其他动物望而生畏。鲎的天敌很少,因而能自保无虞。
总之,不管你沧海桑田也好,万般进化也罢,纵然古猿变成了人,鬼鲎以其“高技术”绝技,依然我行我素。它的遗传基因表现了高度的保守性。如此这般,倏忽就是五亿年!