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軟甲綱的“孫悟空”——皮皮蝦

2023-10-20 13:48
科學大眾(中學) 2023年10期
關鍵詞:蝦蛄皮皮蝦視錐

說到皮皮蝦,很多人都會把它和美食聯系起來。然而,今天我們要說的是皮皮蝦完全不同的另一面。你知道嗎,外表看似普通的皮皮蝦其實有著武林高手般的絕世武功,還有著孫悟空一樣的火眼金睛以及外星人一樣的特異功能。此外,它們的身世至今也還是一個謎……

下面,就讓我們一起走進皮皮蝦的神奇世界吧。

皮皮蝦不是蝦

首先,我們先來澄清一個事實,皮皮蝦其實不是蝦。

皮皮蝦的學名叫蝦蛄,屬于節肢動物門軟甲綱口足目,全世界有400 余種。而蝦和蟹一樣,屬于軟甲綱十足目??谧隳颗c十足目的最大區別在于,蝦蛄威力強大的捕捉足(也叫掠足)是由口部附肢(顎足)演化而來,而蝦、蟹的螯是由頭胸部附肢(步足)演化而來。此外,從外觀上看,蝦蛄的頭部比較獨立,而蝦的頭部和胸部是連在一起的。所以,蝦蛄和蝦不是一回事。

接下來,我們就來看看蝦蛄有哪些神奇的本領。

蝦蛄的致命武器

捕捉足是蝦蛄專門用來攻擊的武器,而且是只用來攻擊,不作其他用途,這一點也和蝦螯、蟹螯完全不同,可見口足目動物對捕獵的高度重視以及它們極強的掠食性。

蝦蛄的捕捉足分為兩類:穿刺型和錘擊型。我們在海鮮市場??吹降目谖r蛄,它的捕捉足就是穿刺型的,外形像一個倒著裝的螳螂臂,末端有很多尖尖的鋸齒,便于將魚、蝦刺穿抓牢。紀錄片中的超級明星、重量級拳王——雀尾螳螂蝦的捕捉足則是一對“流星錘”,專門用來擊碎貝類、螃蟹等獵物的硬殼。

蝦蛄的捕捉足威力究竟有多大?國外有一項實驗表明,蝦蛄可以在三千分之一秒內將捕捉足由靜止加速至80 千米/ 時,相當于子彈出膛的加速度。在力量方面,實驗室蝦蛄的最大攻擊力度約達150 千克,能把強化玻璃水族缸打裂,而打出這樣力道的蝦蛄“拳頭”直徑只有7 毫米大小??梢哉f,無論從速度、力量、強度上講,蝦蛄的捕捉足都達到了動物界中的極限水平。

此外,還有更神奇的事。由于蝦蛄在攻擊時釋放的能量過高,我們可以在慢鏡頭下看到蝦蛄攻擊瞬間發生的物理奇觀:隨著蝦蛄“一拳”打在獵物身上所發出的巨響,一道如閃電般耀眼的閃光出現在蝦蛄的捕捉足周圍,這就是所謂的“聲致發光”。這種現象是如何發生的呢?究其原因,是蝦蛄攻擊所釋放的巨大動能瞬間轉化為內能,將撞擊界面的水汽化(燒開),形成一個空穴,空穴又迅速崩塌,釋放出大量能量,而這一過程中有部分能量以光能的形式散失,形成閃光。這種超強攻擊可使獵物表面瞬間達到甚至超過太陽表面的溫度!而氣泡的崩塌又會給獵物帶來第二次打擊,這次的打擊力度也可達100 多千克!

究竟是什么使得蝦蛄的捕捉足擁有如此強大的威力呢?答案是“馬鞍形雙曲面”——蝦蛄捕捉足的肌肉驅動系統連接著一個小型的馬鞍形彈性硬片,彈性硬片如彈簧一般,在蝦蛄準備出擊時會極度壓縮,然后突然放開,將捕捉足以超高的加速度彈出,就像人們使用弓箭一樣。

另一個重要問題是,蝦蛄在打出威力無比的“一拳”時,是如何保證自身完好無損的?要知道,如此強大的攻擊力在攻擊對手的同時,也會反作用于自身,而蝦蛄卻能毫發無傷。其原因目前科學界尚無定論,其中一個觀點是:蝦蛄的捕捉足表面結構也類似馬鞍,使其有強大的機械強度,而表面的幾層有機納米材料又使其能迅速地吸收、引導能量。

蝦蛄的火眼金睛

蝦蛄能成為軟甲綱中最強大的獵手,除了它的攻擊系統很給力,其強大的視覺系統也功不可沒。

首先,蝦蛄是世界上能看到最多顏色的動物。動物和人都是通過視錐細胞來感知顏色的。人有3 種視錐細胞,可以感知紅、綠、藍三原色,然后人腦會根據不同種類的視錐細胞傳入信息的強弱,間接感知到光線中三原色的占比,由此計算混合出五彩斑斕的顏色。而蝦蛄的視錐細胞達到了動物界的巔峰之最——16 種!很難想象,蝦蛄眼中的是怎樣的一個世界!

蝦蛄眼睛的神奇之處,還在于它對偏振光的感知能力。偏振光是光波的一種存在形式,是相對于自然光而言的。簡單地說,自然光的振動方向包括垂直于光波傳播方向的所有方向,具有軸對稱性并且均勻分布,所以不具有偏振性,而偏振光的振動方向是特定的、不對稱的。人類和大多數動物都無法直接看到偏振光,而蝦蛄可以。蝦蛄的16 種視錐細胞中,有幾種是專門用來感知偏振光的。這就意味著,蝦蛄的眼睛能像孫悟空的火眼金睛一樣,輕易識破獵物的偽裝。因為偏振光在特定物質上的傳播方式是特定的,它不像自然光那樣容易受到多種因素的干擾而產生假象,因此蝦蛄可以更加精確、有效地發現和識別獵物,這也是蝦蛄捕獵幾乎“百發百中”的一個重要原因。

此外,蝦蛄的兩只眼睛可以獨立轉動,同時看向兩個不同的方向,就像變色龍那樣,這使得它們擁有更廣的視野和更好的視覺靈活性。

可以說,作為動物界中最復雜的眼睛,蝦蛄的眼睛已顛覆了所有生物學家對于“低等動物”——節肢動物的復眼的看法。

蝦蛄的高智商大腦

雖然大多數節肢動物的大腦都不發達,結構很簡單,但是也有少數例外,比如蛛形綱蜘蛛目的動物(尤其是跳蛛科孔蛛屬成員)以及本文所說的蝦蛄,都擁有十分強大的大腦。

動物行為學家早就注意到一個奇怪的現象:生活在美國加州沿海等珊瑚礁繁多、海藻叢生、布滿很多廢物的海域的雀尾螳螂蝦,經常會在遠離洞穴的地方捕獵,然后一點兒彎路都不走地順利回家。開始時,科學家簡單地將其歸功于蝦蛄強大的眼睛,認為它們和蜜蜂一樣,也是利用太陽進行偏振導航。然而,進一步實驗發現,原因并非如此簡單,因為即使在水深約60 米、看不見太陽的地方,或是在實驗室里、在晚上出行時,蝦蛄也都能精準定位。這些研究結果表明,蝦蛄并沒有完全依靠太陽的偏振導航,而是確實具有很強的空間感,似乎能夠把周圍的環境與地理位置聯系起來,在大腦中形成一幅地圖,就像信鴿一樣來進行導航。

除了會“走迷宮”,蝦蛄的大腦還具有很強的學習和分析能力。比如,蝦蛄在長期實踐學習后,其打碎貝殼的效率會大大提高,因為它找到了貝殼最脆弱的力學位置。而國外一項更經典的研究表明,蝦蛄對敵害及棘手的獵物有著極強的識別與區分對待能力。研究顯示,如果蝦蛄發現領地中有普通的小型章魚經過,在不餓的狀態下,蝦蛄并不一定會發起攻擊。但是,如果發現有劇毒、危險的藍環章魚進入領地,它們會立即發動猛烈攻擊,不把藍環章魚捶死不罷休。蝦蛄似乎也意識到了“進攻是最好的防御”的道理。而且,每只雀尾螳螂蝦都有自己的一套絕活兒,例如“重拳”突襲加迅速撤退,或是“連環拳”加關鍵時刻“上刺刀”——展開顎足的第一節進行刺擊等。所以,千萬不要小看蝦蛄,它們可是會思考的動物。

此外,蝦蛄的大腦還具有極強的語言溝通能力。2004 年,科研人員在美國加州海底檢測到了大量蝦蛄交流的音頻,其復雜程度完全可以和人類及海豚相比。隨后,人們又發現蝦蛄擁有一種極其驚人的能力:通過控制外骨骼(尤其是頭部一對扇狀附肢)上的納米材料所反射出的偏振光等光波,進行“光語言溝通”,這讓人忍不住想到科幻電影中的外星人的交流方式。

蝦蛄的演化之謎

從目前發現的蝦蛄化石來看,至少在兩億年前的侏羅紀時期,蝦蛄就已經在地球上存在了,因此蝦蛄也被稱為“海洋生物的活化石”。然而,最令人費解的是,當時的蝦蛄和現在的蝦蛄幾乎沒有太大區別。也就是說,蝦蛄在兩億年前的遠古時期就已是一身“高科技”了,其進化水平遠遠超出了同時代的其他動物。

而最令人稱奇的是,科學家至今無法從化石或分子生物學的角度找到蝦蛄合理的進化路線。如果說人是從原始靈長動物經過漫長演化所產生的物種,那蝦蛄就是從石頭里蹦出來的軟甲綱“孫悟空”,一躍就到了巔峰,至少現在還只能這么理解,因為很難給它們找到一個“配得上”的祖先。它們演化得實在是太快、太完美了,完全稱得上演化史上的奇跡。

野生蝦蛄處境堪憂

在研究蝦蛄的過程中,我也嘗試過飼養一些蝦蛄來進行觀察。我用優質的珊瑚用鹽、配置良好的水族箱以及各種專業水族用藥,打造了一個小型海水缸,并使用精密的鹽度計、pH 測試儀,將水的鹽度、酸堿度都調至最適宜蝦蛄生存的范圍。然后,我從海鮮市場選了3 只狀態較好的蝦蛄,用最嚴格的泡袋方法將其轉移入缸。結果卻失敗了,3 只蝦蛄在堅持了3 周左右后,相繼死去。

究竟是什么原因使得原本生命力、適應力都很強的蝦蛄,在適宜的生存條件下也無法存活呢?后來,我在中央電視臺農業欄目《科技苑》中看到一期專門介紹蝦蛄的節目,這才恍然大悟。原來,由于人工繁殖蝦蛄的技術還不成熟,現在市場上的絕大多數蝦蛄都是在沿海地區捕撈的野生蝦蛄,這些蝦蛄需要經過長途運輸才能到達內地。為了便于運輸和提高存活率,漁民會事先對這些蝦蛄進行冷凍減活,甚至麻醉,使它們的新陳代謝減慢、應激減小,到達目的地后再進行升溫、復蘇。這種粗暴的手段對蝦蛄造成了不可逆的巨大傷害,使之無法適應環境,不再捕食而最終死去。

更令人擔憂的是,由于蝦蛄是底棲生物,人們一直依靠底拖網來捕撈野生蝦蛄。底拖網是一種如鏟子一般在海底拖行、專門捕撈藏在泥沙里的動物的網,會從根本上摧毀近海生態系統,破壞海洋植物的生長,并將各種底棲水生動物捕撈殆盡。

所以,對野生蝦蛄、對海洋生態的保護已迫在眉睫。希望更多人在了解蝦蛄的神奇之處后,減少食用野生蝦蛄。相信在大家的共同努力下,我們終不會因為少吃幾口美味而后悔,反會因挽回一個生物演化史的奇跡、延續一段物種的歷史而感到無比驕傲!

(責任編輯:白玉磊)

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