书城自然科学深水弋者:形态各异的海洋动物
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第2章 奇妙的蓝海精灵(1)

深邃广博的大海,孕育了无数的海洋动物。它们都是大海的子民。海洋母亲为它们提供了生存的环境,同时也教会它们如何生存。从海洋中出现最原始的生命开始,到现在已有30多亿年的历史了。从最早的单细胞生物,到现在最长最重的动物,几十亿年的生命演化过程创造出了生机勃勃、丰富多彩的海洋动物世界。

§§§第一节海洋动物面面观

什么是海洋动物

海洋动物是海洋中各门类形态结构和生理特点十分不同的异养型生物的总称。它们不进行光合作用,不能将无机物合成有机物,只能以摄食植物、微生物和其他动物及其有机碎屑物质为生。海洋动物目前已知的有16万~20万种,它们形态多样,包括微观的单细胞原生动物和高等哺乳动物——蓝鲸等。海洋动物分布广泛,从赤道到两极海域,从海面到海底深处,从海岸到超深渊的海沟底都有其代表。海洋动物可分为海洋无脊椎动物、海洋原索动物和海洋脊椎动物三类。海洋的生活条件相对一致,面积广大,动物中除鱼类、鲸类,还有浮游动物和游泳动物,如头足类和水母等。在深海层,仅发现不依赖浮游生物生存的动物。在许多大洋区,海流将营养丰富的深层海水带到浅层,使海洋浅层带增加了鱼类产量。在海底生活的低级动物,包括固着动物,如海绵、腔肠动物和管沙蚕等以及运动动物,如甲壳类、贻贝、环节动物和棘皮动物等。珊瑚动物在热带海洋发展最充分。珊瑚礁是由大量建礁动物和植物的白垩质骨骼物质(特别是珊瑚和苔藓虫)沉积而成的。在珊瑚礁环境中,动物最密集且最多样化。

海绵是动物不是植物

海绵是最原始的多细胞动物,2亿年前就已经生活在海洋里,至今已发展到1万多种,占海洋动物种类的1/15,是一个庞大的“家族”。在海洋各处,均有海绵的身影,从潮间带到深海,从热带海洋到南极冰海都有分布。

海洋动物成员的划分

海洋动物的划分主要有生活方式和分类系统两种形式。按生活方式划分,海洋动物主要有海洋浮游动物、海洋游泳动物和海洋底栖动物三个生态类型。按分类系统划分,海洋动物共有几十个门类,可分为海洋无脊椎动物和海洋脊椎动物两大类,或分为海洋无脊椎动物、海洋原索动物和海洋脊椎动物三大类。下面主要介绍无脊椎、脊椎和原索三种动物。

1.海洋无脊椎动物

海洋无脊椎动物是背侧没有脊柱的动物,其种类数占动物总种类数的95%。无脊椎动物是动物的原始形式,是动物界中除原生动物界和脊椎动物亚门以外全部门类的通称。BBC主持人大卫·阿登堡爵士所言:“如果一夜之间所有的脊椎动物从地球上消失了,世界仍会安然无恙,但如果消失的是无脊椎动物,整个陆地生态系统就会崩溃。”

无脊椎的动物占现存动物的90%以上。它分布于世界各地,在体型上,小至原生动物,大至庞然巨物的鱿鱼。无脊椎动物一般身体柔软,无坚硬的能附着肌肉的内骨骼,但常有坚硬的外骨骼(如大部分软体动物、甲壳动物及昆虫),用以附着肌肉及保护身体。除了没有脊椎这一点外,无脊椎动物内部并没有多少共同之处。无脊椎动物这个分类学名词以前用于与脊椎动物(该词至今仍为一个亚门的名称)相对,但在现代分类法上已经不用。

(1)分类依据

①无脊椎动物的神经系统呈索状,位于消化管的腹面;而脊椎动物为管状,位于消化管的背面。

②无脊椎动物的心脏位于消化管的背面;脊椎动物的心脏位于消化管的腹面。

③无脊椎动物无骨骼或仅有外骨骼,无真正的内骨骼和脊椎骨;脊椎动物有内骨骼和脊椎骨。

1822年,拉马克将动物界分为脊椎动物和无脊椎动物两大类。1877年,德国学者E.海克尔将柱头虫、海鞘和文昌鱼等动物与脊椎动物合称脊索动物门,与无脊椎动物的各门并列,使脊椎动物在分类系统中降为脊索动物门中的一个亚门,与半索动物亚门(柱头虫)、尾索动物亚门(海鞘)和头索动物亚门(文昌鱼)并列。20世纪70年代以来,半索动物已独立成门,由于后3个类群属于无脊椎动物范畴,这样,无脊椎动物实际上包括了除脊椎动物亚门以外所有的动物门类,是动物学中的一个一般名称,而不是正式的分类。

(2)种类划分

无脊椎动物的种类非常庞杂,现存约100余万种(脊椎动物约5万种),已灭绝的种则更多。它包括的门数因动物学的发展而不断增加。由于对动物的各个方面研究得愈加详尽,人们对其彼此间亲缘关系的认识也愈加深入,因而各门的分类地位常有改动。

2.海洋原索动物

原索动物是原索动物亚门(如海鞘、樽海鞘)和头索动物亚门(如文昌鱼)动物的统称。原索动物与脊索动物的另一个亚门(脊椎动物亚门)相似,有一中空的背神经索、鳃裂以及脊索(一条质硬的支持身体纵轴的棒状结构,脊柱的前身)。原索动物与脊椎动物的主要区别是没有脊柱骨。现生的原索动物与脊椎动物由同一祖先演化而来。关于脊椎动物如何演化,普遍接受的理论主要有两种。一种理论推测其祖先衍演生活,可以像羽鳃类。但幼体不特化,适于在大洋中浮游而达到性成熟,由此演化出的类型丧失随后的固着阶段,脊椎动物即由这一自由游泳的动物演化而来。另一种相近的理论出现较晚,是假设脊索动物由一小类化石种类无脊椎属演化而来。

脊索动物是动物界最高等的一门。其成体或幼体背侧有一脊索,故而得名。其分口索动物、尾索动物、头索动物和脊椎动物四亚门。其中前三个亚门合称“原索动物”。

原索动物是脊索动物门原始的一群。其幼体或成体保留着脊索。脊索具有弹性,能弯曲,不分节,是构成骨骼的最原始中轴。原索动物种类少,全部海生,分为口索动物、尾索动物和头索动物三亚门。

口索动物也称“半索动物”,是脊索动物门的一亚门。口索动物体呈蠕虫状,左右对称,仅接近口部有脊索的形迹。其身体前端吻部有起源于体腔的水腔。例如柱头虫和玉钩虫。

柱头虫殖翼柱头虫科。柱头虫身体,呈长柱形,分吻、领和躯干三部分,长达40厘米。其全身呈黄色,极柔软,容易切断。柱头虫定居海滩泥沙中,穴外堆土,常有碘臭,产于我国青岛一带。

玉钩虫也称“黄岛长吻柱头虫”,属于玉钩虫科。玉钩虫与柱头虫相似,但体较短,吻较长。它产于我国青岛一带海中,是国家二级保护动物。

尾索动物也称“被囊动物”,是脊索动物门的一亚门。尾索动物有少数自由生活的,终生具有脊索的尾部,如海樽、纽鳃樽等;也有固着生活的,仅幼体具有脊索的尾部,成体尾部退化消失,如海鞘等。

海樽属海樽科。海樽体小呈桶状,被囊透明,可通过被囊看到内部构造。海樽的生殖形式有有性生殖或出芽生殖。它多为单体,在海面营漂浮生活。

海鞘的排泄孔在口的附近。海鞘呈单体或由无性出芽而成群体。海鞘有性生殖的幼体形似蝌蚪,游泳时期极短,固着外物后尾部退化,遂成固着生活的成体。

头索动物也称“无头动物”,是脊索动物门的一亚门。头索动物体呈鱼形,头部分化不明显,终生具有脊索。其咽部的壁贯穿许多鳃裂,由围鳃腔孔与外界相通。它种类少,代表动物是文昌鱼。

文昌鱼别称“蛞蝓鱼”,是文昌鱼科。文昌鱼形似小鱼侧扁,两端尖。它头端有眼点,下为前庭及口,前庭外缘有须多条。文昌鱼有背鳍、尾鳍和臀鳍,身体腹面有一对皮褶。它栖息海底,通常钻在泥沙里,仅露出头端。它以浮游生物为食。文昌鱼分布于我国厦门、青岛和烟台沿海,以厦门为最多。文昌鱼是无脊椎动物进化至脊椎动物的过渡类型,在学术上有重要意义。它可供生物学教学和研究用,也可供食用。

文昌鱼的保护

文昌鱼对栖息地的底质及水质的要求较高,人为破坏所造成的栖息地环境改变有可能造成文昌鱼种群的消失。例如高集海堤的修建就直接导致了曾经年产60吨文昌鱼的刘五店渔场的消失。此外,由于文昌鱼具有丰富的营养价值,为东南亚一带的传统食物,商业性的捕捞也加速了文昌鱼资源的枯竭。为了保护这一具有重要科研价值的珍惜物种,厦门设立了文昌鱼自然保护区,并于1992年颁布了《文昌鱼自然保护区管理办法》。1996年日照市设立文昌鱼种质资源保护区。

3.海洋脊椎动物

海洋脊椎动物包括海洋鱼类、爬行类、鸟类和哺乳类。其中,海洋鱼类有圆口纲、软骨鱼纲和硬骨鱼纲。海洋爬行动物有棱皮龟科,如棱皮龟;海龟科,如蠵龟和玳瑁;海蛇科,如青环海蛇和青灰海蛇等。海洋鸟类的种类不多,仅占世界鸟类种数的0.02%,如信天翁、鹱、海燕、鲣鸟、军舰鸟和海雀等都是人们熟知的典型海洋鸟类。分布于中国的海洋鸟类有20多种,它们一部分为留鸟,大部分为候鸟。中国常见的海洋鸟类有:鹱形目的白额鹱和黑叉尾海燕等,鹈形目的褐鲣鸟和红脚鲣鸟,雨燕目的金丝燕和短嘴金丝燕等。海洋哺乳动物包括鲸目、鳍脚目和海牛目等。

纷繁复杂的深海生物群落

深海由于压力大、食物少,没有光线和温度低,因此在生物的种类组成、分布格式、个体结构和代谢等方面均有其特点。

深海生物能耐高压。虽然有些浅海生物也能忍受较高的压力,比如附着在潜水器表面的生物,如绿管浒苔、石莼、总合草苔虫、紫贻贝和布纹藤壶等,在潜水器下降到2000~3000米水深后仍然能存活。但根据生理学试验,600个大气压对大多数浅海生物有致死作用。因此,从垂直分布来看,6000米深度似乎是个重要的分界线。曾有报告指出,中太平洋的深海沟中的125种动物,有77种是在6000米以上水层所没有见到的。

与浅海生物比较,深海生物一般个体数量少,但种类数相对较多、多样性高。学者对此有不同的解释,H.L.桑德斯认为,多样性高是由于食物等竞争造成的,但有的学者却认为捕食是关键。较多的调查结果表明,深海生物的多样性仅仅发现在2000~3000米水深处,而5000~6000米以下的海底,生物的多样性并不高。

为适应食物少和黑暗的环境,许多深海鱼类的口部相对扩大,骨骼肌肉减少,且有发达的发光器官和结构。

深海生物一般代谢作用和生长都很慢。据估计,深海的贝类,长到8毫米大约需100年的时间。曾有一只潜水器掉进深海中,经10个月后人们将其从1540米处打捞出来,发现放在桌上的三明治仍然完整无损,这表明细菌的作用非常缓慢,但也有例外。

1977年,美国伍兹霍尔海洋研究所曾用深海潜水器“阿尔文”号在加拉帕戈斯群岛以东300千米,水深2500米处进行调查,调查区域是海洋板块形成区。学者们发现从地下喷出泉水,泉水口附近水温高达20℃(没有热泉处的海水是2℃)。在喷出孔附近有丰富的生物群落。其中有个体30~40厘米的贝类,这种贝一年可长4厘米(约比其他深海底的贝类生长速度高500倍),将壳打开,可见到内有血红蛋白(一般软体动物是血蓝蛋白)。还有一种具长栖管的须腕动物,管的直径为10厘米,长可达30米。此外,还有许多腔肠动物、环节动物和甲壳动物。

深海底栖生物的食源可能包括由上层水中下沉的碎屑和溶解的有机物质,以及化能合成细菌通过氧化硫化氢取得能量而制造的有机物。

加拉帕戈斯群岛目前认为,后者是最主要的来源。因为从地下喷出的热水含有大量的硫化氢(30~40克/立方米),硫黄细菌利用二氧化硫化氢所获得的能量将水中的氧化碳合成碳水化合物。海底硫黄细菌实际上起着与浅海水域光合植物相同的作用,即硫黄细菌是深海海底的生产者。这说明,生产者的能源不仅可来自太阳,而且还可来自地球的内部。这是一个重大的发现。根据这一论点,须腕动物的营养问题可得到解释——这种动物没有口,也没有消化道,但在体内有大型的腔,称为营养体。细菌在腔内大量繁殖,动物的触手可吸收无机物供细菌之需,而细菌则合成有机物供动物之用。动物和细菌营互利共生关系。

海洋动物的食物链

海洋动物以植食性动物或其他肉食性动物为饵料。因此,不同肉食性动物在食物链上可以处于不同的营养级。例如,北方河口的动物,依其营养关系可分为植食性动物、杂食性动物、低级肉食性动物、中级肉食性动物和高级肉食性动物五类。据调查(1981年),闽南—台湾浅滩渔场66种经济鱼类中,低级肉食性动物主要摄食植食性动物和杂食性动物,其种类和数量最多,共有42种,如金色小沙丁鱼、鲐鱼、二长棘鲷、银黄姑鱼、青石斑鱼和日本竹荚鱼等。中级肉食性动物主要摄食低级肉食性动物以及植食性和杂食性动物,其种类和数量比较少,共有16种,如大黄鱼、中国团扇鳐等。高级肉食性动物主要摄食低级和中级肉食性动物以及杂食性动物,其种类和数量最少,只有8种,如带鱼、日本马鲛、路氏双髻鲨和沙拉真鲨等。

日本马鲛

有些肉食性动物的摄食量很高。比如生活于南极海洋的蓝鲸,每餐可摄食1吨的磷虾。海洋动物的食性广泛,不仅在生长的不同时期采食种类不同,而且随着季节的不同,其食物的组成也有差异。

通常渔获量与浮游生物的生物量呈正相关。在沿岸,每年7~9月有上升流,在此期间,水域的浮游植物和浮游动物的生物量呈现峰值,而沙丁鱼也出现最大捕获量。

主动捕食者每日食量要高于消极等食的种类。比如,鲐鱼是主动捕食者,每天所获得的食物可达其体重的10%~25%;有些底栖鱼类主动性较差,每天摄食量仅为1%~3%。

海洋动物排出的粪便(粪粒、粪球)含有未消化的有机残渣,沉入海底后,成为某些底栖动物的饵料。

沿着海洋食物链营养级位而上,生物个体也逐渐增大。捕食者与捕获物的比例按重量比是100∶1,按长度比是4.6∶1。鲸是个特例,它是现今地球上最大的动物(体重可达百吨),但却以个体仅几厘米的磷虾为饵料。

食物链的长短不一,在以微型浮游植物为初级生产者的大洋水域中,食物链长些,可达5~6个环节。

大陆架水域的食物链,主要以小型和微型浮游植物为初级生产者,食物链一般短于大洋水域的。以大型浮游植物为主要初级生产者的上升水域的食物链大多很短。

§§§第二节人与海洋动物的互动

海豹音乐家

在苏格兰北部海滩一个偏僻的庄园里,有一位叫罗娜·法尔的小姑娘,非常喜爱动物。一天,一位渔夫送给她一只不到4.5千克的小海豹。当时,小海豹像一条可怜的小狗,被大风大浪冲到礁石上。显然,它是与“父母”失散了。小姑娘给它起名叫“劳拉”,用奶瓶喂山羊奶给它吃。它吃得津津有味。它喜欢让法尔抱着,用它那亮晶晶的眼睛,打量周围的事物。